風力發電系統運行及控制方法

胡飛

【摘 要】隨著各類新型能源的開發與使用，風力發電系統作為一種新能源也逐漸應用于人們的生活與工作中，風力發電系統的使用不僅可以減少煤炭等資源的應用，保護環境，減少污染環境的氣體，也可以不斷地為我國提供安全、高效率的供電質量。本文就主要針對風力發電系統的運行及控制進行相關探究。

【關鍵詞】風力發電系統 運行 控制方法

在提倡無污染、高效率發展的今天，各個國家也都在相繼追求與研究風能以及其他各類新能源的發展，尤其是在現在這個能源及其短缺的情況下，風力發電系統的研究更顯得極為重要。依據各種各樣的運行方式和控制技術，風力發電系統可以分為恒速恒頻系統和變速恒頻系統，都可以有效地利用風能。

1 風力發電系統的系統結構

風力發電系統的系統結構主要是由風輪、齒輪箱、發電機和變流設備等設備組成，其中風輪主要是用于捕捉風能，然后再進一步將捕捉到的風能轉化為機械能，而機械能轉化為人們可以進一步使用的風能主要是由發電機來完成的，最終再由變流設備將發電機發出的頻率轉化為一樣頻率的交流電，再移送至電網就可以達到發電的目的。

在風力發電機中以小型風力發電系統為例進行簡單介紹，小型風力發電系統主要是由小型風力機、交流發電機、三相不控整流橋、Boost變換器、單相并網逆變器、濾波器、直流調壓負載以及本地用戶負載等各個部分組成，這幾大部分相互調節，和諧運作，共同促進了風力發電系統的正確運行與控制。

在對風力發電系統的運行控制過程中，為了實現風力發電機的最大功率跟蹤，研究人員對Boost變換器進行了一系列的相關控制研究。

2 風力發電系統的運行

風力發電系統主要包括兩種運行狀態，即為最大風能追蹤狀態與額定功率運行狀態。

2.1 最大風能追蹤狀態

風力發電系統的最大風能追蹤狀態，就是指當風速比額定風速低時，但是為了達到該風力發電機的最大輸出功率，要不斷地讓風輪的轉速隨著風波的變化而不斷變化，從而可以最大程度的利用風能，提高最大風能利用系數。

2.2 額定功率運行狀態

在風力發電機進行運作的過程中，如果風速比額定風速要高，這時就需要研究人員通過調整葉片槳的距離以及風輪的轉速，從而不斷地減少捕捉風能，進而保證風力發電機的正常運行。風力發電機的運行控制也有很多種類，一般情況下，風力發電機依據其所處的狀態的不同往往會存在很多的控制方法。

例如，當風力發電機的風輪轉速比規定的標準風速較低時，這時就需要對風力發電機進行轉速控制，所以就需要采取最大功率點跟蹤控制方法，從而可以保證在最大程度上捕獲風能，帶動風力發電機進行發電。相反，當風力發電機的風輪轉速比規定的標準轉速較高時，為了減少捕獲風能，讓風力發電機的功率維持在這個額定值的附近，這時就可以采取恒定功率控制方法。從總體上來說，真正應用于實際的風力發電機基本上都是通過電氣功率調節和葉片技術這兩種手段來實現調控轉速的目的，讓那些偏高的或者是偏低的轉速逐漸趨于穩定于標準轉速。對于整個風力發電系統來說，風速的變化對于發電機的轉速的控制具有很重要的影響，因為風力發電機就是一個依靠捕捉風能進而將風能轉化為機械能，最終再將機械能轉化為電能的裝置。因此最大風能跟蹤的控制方法逐漸成為提高風力發電機的整體運行效率的比較重要的因素之一。通過研究人員對風力發電機系統的研究分析，研究最大風能跟蹤控制策略具有很重要的意義和使用價值，在基于最大風能跟蹤控制研究的基礎上，基于智能控制或者最優控制的這種方法以及成為未來風力發電系統的方向。

3 風力發電系統的控制方法

3.1 風力機的最大功率跟蹤控制

本篇文章采用了一種比較簡單的方法來研究關于風力發電機的最大功率跟蹤控制等相關問題。當廠商將風力發電機進行出廠時，該廠商一般會為消費者提供一條有關最大功率—風速的曲線，該曲線上測得的風速主要是根據風速傳感器測量而得來的數據，并且在控制器內已經將該曲線進行存儲，并且將測出來的最大電流、最大功率等作為機器的參考值，并不斷地在這個參考值的基礎上實現最大電率的跟蹤。

3.2 并網逆變器的控制方法

并網逆變器的控制方法比較綜合全面，他主要分為并網前的逆變器控制、并網時的逆變器控制，以及并網后的逆變器控制，由于在這個并網逆變器的控制過程中的控制目標不同，所以在控制方法方面也有很大的不同。

3.2.1 逆變器并網前和并網時的控制方法

在逆變器進行并網之前，通常需要將逆變器控制輸出電壓，然后再跟蹤單相電網電壓u的幅值、相位以及頻率等，再使用電流內環的電壓瞬時值反饋雙閉環控制方法。通過這一系列的控制方法以及瞬時值的反饋，不僅可以在很大程度上提高整個系統的穩定性，簡化設計，而且可以在很大程度上起到限制電流、保護電路的作用。

在逆變器進行并網時，研究人員要注意盡自己最大的可能來減小對負載和電網的沖擊，而這篇文章所列舉的就是在并網瞬間將負載電流作為逆變器輸出電流給定值，于此同時，該逆變器的控制方法也需要將并網時的控制方法轉換為并網后的控制方法。

3.2.2 逆變器并網后的控制方法

逆變器進行并網后，也需要根據具體的需求來改變控制方法，研究人員要盡自己最大的可能將逆變器的輸出電流改為可以跟隨本地負載電流的電流變化。例如，可以采用電壓外環和電流內環構成的雙閉環控制方法，在利用這種方法時，要注意電壓外環就是根據逆變器的直流側電壓與其額定值的差決定的，在電流內環，要注意首先要將本地的負載電流放大之后作為輸出電流的控制參考值，再向各個不同的電網進行注入，從而達到風力發電系統的最終目標。

4 結語

隨著我國能源的日益短缺的形勢極其嚴峻，再加上一些地區已經出現了很多電能供應不足的情況，風力發電機的運行與控制研究越來越受到人們的重視，雖然該系統的維護成本比較高，但是風力發電機為我們人類帶來的優勢是不可忽視的，鑒于其不僅可以推廣電力的使用，而且可以減少環境的污染，故將其發展是非常必要的。

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