淺析風力發電技術與功率控制策略

周楊

【摘 要】在新世紀發展過程中，對于不可再生能源的使用，已經漸漸的受到了控制，因此，在能源結構中，可再生能源的發展正在增加。社會各國新能源技術開發過程中，風力發電屬于最主要的一種，但風力發電的實際電能轉化效率還不到60%，轉化利用率極為有限。本文對風力發電技術及其功率控制進行了分析探討。

【關鍵詞】風力發電;技術發展;功率控制

風力發電最早在19世紀末期就出現了，經過100多年的發展到現如今已經漸漸成為社會能源的主要來源之一。而我國因為用電量需求增長，對于風力發電技術的重視程度以及發展水平也越來越高。從現階段對風力發電的研究來看，風力發電的主要研究內容是發電機的制造以及風機的管控，如果要充分發揮風力發電的作用，就應該對風力發電技術深入研究，具體到風輪的控制、變壓器的運行、發電機等。

1風力發電機組功率控制的重要性

由于自然風速度快慢及方向大小存在著明顯差異性，客觀上要求相關技術人員重視風力發電控制技術，近幾年來我國風力發電控制技術日趨成熟，我國自產的機組具有較大的市場份額，并且國產的風電裝備與現在的風電發展需求相一致，比如說，風電機與一些重要的零部件，然而技術要求更高的零部件還是依靠國外進口，如變流器和主軸軸承這類零部件（主軸軸承是否是依靠進口需要核實）。所以要不斷地創新風電裝備制造技術，具備自主研發的技術和能力，而風電控制技術是風力發電技術的重要內容，在當下的研究中具有重要意義。

2風力發電機組功率控制

2.1風力發電和電力電子變換器的控制技術

（1）電力電子變換器的控制技術。從整個風力發電系統中可以發現，存在著電力電子變換器，并且電力電子變換器的特征表現在多方面：使用面較為廣泛，可以有效地用于大型風力發電系統中;風能轉換過程中能量的轉換率較高，完成轉換后具備很高的傳輸效率;還可以完善無功功率因素;其使用的安全性和可靠性很高。電力電子變換器的運行功率高且功率范圍也很大;該設備無須花費很多成本。通過運用 pwm 整流器于風電系統中，能夠最好地控制系統的最大功率。而運用整流器的時候，通過矢量的控制方法可以解除有功功率和無功功率之間的障礙，保證無功功率符合運行的相關要求。另外，pwm 整流器還可以使有功功率的輸出量最大化，設置好直流環節并調整風電系統中無功和有功功率。

（2）風力發電的控制技術

風力發電需要借助風力進行，這是因為風力與地面距離相差加大，這樣一來，能量轉化工作在空中就能完成。發電機和相關設備都需要努力提升工作效率，并且減輕物體的體重。永磁發電機的優勢在于運行效率高且損耗較小，所以被普遍運用于風力發電系統中。發電機制造還可以通過模塊化方式開展，這樣能減少所需花費的成本，對風力發電系統的發電機進行管控的過程中，一般都會采用矢量的控制方法，這類方法有效地解除了交軸電流與直軸電流之間的矛盾，也就使系統功率的因數控制簡單化。

2.2風輪的控制技術

（1）利用功率信號的反饋

利用功率信號的反饋進一步管控好風輪的功率信號，當風輪運行時，它們的功率與實際條件的改變是一致的，然后再對功率的關系作出分析，之后繪制出最大功率的曲線圖，完成以上工作后接著做后面的工作。在實際操作時，還應該對比最大功率與系統中的實際輸出功率，獲取它們的差值大小，之后再進行風輪槳矩的調整工作，這樣才有助于風輪的運行功率最大化。這種方式使成本無須花費過多，但是風機在正常運行時要獲得最大功率曲線較為困難。

（2）管控好葉尖速比

受到風力作用的影響，風輪中風葉尖端轉動時具有線速度，并且將其稱為葉尖速。其中葉尖速比表示為葉尖速與這個時間之內的風速形成的比值。對葉尖速比進行控制的主要方法是控制葉尖速比值，從而進一步改善風機的運行系統。因為風速不相一致，所以很難有效地確定出最合適的葉尖速比，應該適當地改變和調節葉尖速，并調節好風輪轉矩，這樣才能更好地調整風輪外邊緣的速度，使葉尖速比得到優化處理。

2.3現代化的控制技術

風力發電中現代化的控制技術可以分為以下幾種類型：魯棒控制技術、變結構控制技術、智能控制技術以及自適應控制技術（確定這幾個控制技術適合描述風力發電的控制技術，避免不搭邊），風力發電系統中，以變結構控制技術為主，該技術運用廣泛是因為具有很快的反應力、設計較為簡單、實現難度不大;處理一些多變量問題時，魯棒控制技術可以發揮出很好的作用，具有較強穩定性的魯棒控制技術還能有效地處理好參數不準、建模出現誤差或者物質系統受影響的問題;而智能控制技術最突出的方法是模糊控制，它無須過度依賴數學模型，只需憑借專家經驗就能克服一些非線性因素帶來的影響。目前，一臺準確的風力發電機數學模型的建成概率較小，所以對風力發電機組進行控制的過程中，可以多使用模糊控制方法。

2.4風力發電中無功功率補償技術與諧波消除技術

（1）無功功率補償的技術

在感性元件的影響下，發電系統中一些無功功率呈現出消耗的狀態，電壓經過感性元件的時候，因為只是無功功率的消耗使得感性元件兩邊無電壓變化，但是當電壓較高時，經過感性元件的電流較大會給元件帶來間接破壞。這時候，就要結合實際情況采取無功功率補償技術，并且壓抑住諧波作用。雖然無功功率補償的應用很廣，但還是存在一些不足。

（2）諧波消除的技術

風機發電的時候，由于存在諧波就是整個電能的質量不高，也給電的電壓及頻率造成不良影響，使無功功率與有功功率間缺乏平衡，所以一定要把存在的諧波消除掉。具體開展過程中，因為諧波會影響風能的發電，首先，它會造成發電機的鐵損和銅損，在發電機內產生超同步諧振的現象;電力設備在運行時，諧波會造成設備出現熱故障，影響系統的正常運行等。而消除諧波可以從以下幾個方面入手：第一，使用電力變流器和一些電力設備讓相應的相位與諧波進行抵消;第二，適當調整電容器組，進而改變無功功率，從而減少諧波對無功功率的影響;第三，運用三角形的連接方式，這樣能減少諧波的進入量。

3結語

風力發電機在現今應用的越來越廣泛，尤其是隨著能源結構的不斷改變，對于風力發電的重視程度也越來越高。在風電機組研究過程中，有必要不斷研究原風機的發展趨勢，不斷整合高新技術，提高風機的隨機運行效率。增加自然風能的捕獲，提高風力發電的發電效率和質量。

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（作者單位：國電電力寧夏新能源開發有限公司）