風力發電技術與功率控制策略

袁雅琳

摘要

風力發電是當前較為新穎的發電方式，在使用過程中不會對環境造成污染，而且造價較為低廉。當前全球的氣候都在逐漸變暖，而在這樣的背景下風力資源作為一種較為清潔的能源而被得到了廣泛的應用。當前各國都在積極的研究風力發電技術，在風力發電機工作的過程中如何有效的控制發電功率是整個風力發電機正常工作的重點。本文主要對未來風力發電發展的主要趨勢做出了探討，并且結合實際情況制定了相應控制發電功率的策略。

【關鍵詞】風力發電技術 發電功率 控制 分析

風力發電最早是在上個世紀開始被人研究的，隨著人們的不斷探索和研究，通過對航空領域飛機旋翼技術的研究，研究出了一種小型的風力發電設備，此設備一研究出來就在一些風力較強的海島得到了廣泛的使用。隨著后來人們不斷對此項技術進行完善，風力發電技術也得到了更大范圍的推廣和使用。

1 風力發電技術的基本發電原理

風力發電主要把風能轉化為機械能為基礎發電的，而后在將轉化而來的機械能變成電力動能。在實際工作過程中，風力將風車扇葉帶動旋轉，旋轉的過程中利用增速機加快扇葉的旋轉速度，從而有效的促使發電機進行發電。而在風力發電過程中所使用的設備裝置統一稱為風力發電機組，而此發電機組又可以細致劃分為風輪、發電機和塔架三個部分。其中把風能轉化為機械能最主要依靠的就是風輪裝置，主要由兩片或兩片以上的螺旋槳形狀的槳葉構成。當槳葉受到風的作用時，在槳葉上產生氣動力來促使風輪的轉動。為了確保風輪在工作過程中始終對準風向以獲得最大的功率，在實際使用的過程中需要在風輪后安裝一個類似于風向標的尾舵。風力發電機的塔架就是一個支撐整個風輪、尾舵和發電機的構架。在設置鐵塔的高度時，需要對實際環境中地面障礙物對風速的影響情況和扇葉實際直徑的大小進行綜合考量，以確保設置塔架的高度符合風力發電機實際工作的要求。發電機最主要的作用就是在風輪受到風的作用而產生恒定轉速之后，再由升速機將其傳遞給發電機勻速運轉，最終由發電機將機械能轉變為電能。

一般小型的風力發電系統都具有較高的發電效率，但是這類發電機不僅只是由一個發電機頭構成，是一個具備一定科技水平的系統，系統內包括發電機和變流器。一般風力發電機都是由機頭、轉體、尾翼、葉片這幾個結構組成，這幾個部分每個都有其作用。風力發電機的葉片主要受到風力的作用，并且通過機頭將其轉化為電能，發電機的尾翼能夠與確保扇葉始終對著風向以獲得風最大的作用力，風力發電機的轉體為尾翼的正常工作提供了保障，通常轉子所使用的都是永磁體或者勵磁體，通過定子繞阻切割磁力線最終產生電能。

2 未來風力發電技術的發展趨勢

2.1 工作時的電容量不斷的增大

隨著科學技術水平的不斷提高，風力發電技術最主要的發展趨勢就是不斷的提高了工作時的電容量，當前很多風力發電機的電容量基本都可以保持在一兆瓦以上，但是最大的可以達到五兆瓦。在當前的一些發達國家內己經開始使用更大電容量的發電機，美國甚至己經開始研發電容量為十兆瓦的發電機。隨著科學技術水平的不斷發展，在未來風力發電的最大電容量可能會達到五十兆瓦。

2.2 由陸地的風力發電逐步向海上轉移

當前大多數的風力發電設備都設置在陸地上，很少有設置在海上的風力發電設備。當前世界上很多風力發電技術較為成熟的國家逐漸的將陸地上的風力發電開始向海上轉移。在海上建造風力發電設備其基本原理大致和陸地上的發電設備原理相同，但是在海上建造風力發電設備對土地資源沒有較高的要求，減少了對于陸地上土地資源的消耗。并且一般海上的風力資源要遠遠大于陸地上的風力資源，提高了對于風力資源的利用效率。當前我國正在大力的研發海上風力發電技術，相信不久之后就可以投入使用。

2.3 風力發電技術的發電效率將會不斷的提高

隨著科學技術的不斷研發和改進，風力發電技術也得到了不斷的完善和改進。但是一般風力發電設備一般的使用年限都較短，很難超過二十年，而且這類設備都具有較高的造價。并且在安裝完成后，還需要對設備進行定期的維護和處理，極大的降低了設備整體所帶來的經濟效益。所以未來風力發電技術在實際工作過程中發電的效率會不斷的增加，通過對設備不斷的改進和完善，減小對于整個設備的負荷。

3 控制發電機功率的方法

3.1 控制發電機功率的原理

對于風力發電機功率的控制原理較為簡單，其最基本的內容就是在受到一定風力的作用下，有效的控制整個風力機組的輸出功率。在風速的變化在一個穩定的范圍內時，對其進行變速控制，并且建立相應的數據分析曲線，從中選擇一個最合適的功率曲線，從而得到一個最大的功率數值。當風速十分不穩定時，可以調節風力發電機的槳距，調整槳葉和槳距角之間的距離，以確保輸出的額定功率不會改變。

3.2 實際功率控制的工作流程

在進行風力發電的功率控制過程中，使用最多的手段就是變槳控制。在實際使用這種方法的過程中，先對風力發電機阻的整個控制系統進行優化，通過槳距來進行風速大小的判斷。當風速過于小時，風力發電機組不會做出調整，當切入時的風速與發電機組的額定風速之間存在差別時，發電機的變速裝置就會傳感器發送一個信號，從而對發電機的功率進行有效的調節。風力發電機的功率控制最主要的就是建立一個完整的內部控制系統，設置一定的額定功率對實際的發電功率進行有效的調節。

4 總結

當前越來越多的人認識到了風能重要性，也不斷的加強了對于風電技術的研發和改進，未來風力發電技術的建造成本將會逐漸降低，并且將會漸漸的向海上轉移。在風力發電推廣的過程中，想要不短的增加風力發電的規模，就需要不短的對風力發電技術進行不斷的改進和完善，以此來提高風力發電的效率。在對風力發電機的功率進行控制的過程中，相應的技術人員需要對風力發電機實際的工作環境進行考察，對風力發電機組的內部結構進行不斷的優化和改進，從而有效的提高風力發電設備的穩定性和高效性。

參考文獻

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