風力發電及其控制技術研究

張家輝

摘要：我國風力發電技術水平在不斷提高，但是仍舊有許多問題亟待解決，所以要正視目前風力發電技術存在的問題，積極爭取社會各方的支持，在原有的基礎上不斷突破創新，投入一定的資金，不斷完善相關政策，從而實現風力發電技術的良性發展，讓風力發電技術真正成為我國電力供應的主流技術。文本針對風力發電及其控制技術進行研究。

關鍵詞：風力發電技術;控制技術;發展

隨著我國新能源技術的不斷發展，我國風力發電產業已經進入到了快速發展時期，為最大限度的提高風力發電效能，就要對其控制技術進行應用。

一、風力發電控制技術分析

（一）風輪控制技術

1、葉尖速比控制

在風力發電的情況下，風輪的風葉尖端的轉動線速度就叫做葉尖速。而葉尖速比就是指葉尖速和該時間段風速的比值。提示葉尖速比率控制方法是有效地控制提示葉尖速比率，從而優化風扇系統。考慮到風速不同，在此基礎上確定最佳的葉尖速率是因為無法調整和控制自然風的速度、風力的大小，所以要實現控制功能，必須調整和更改葉尖速度，包括調整風輪扭矩，以調整風車最外部邊緣的速度，從而優化葉尖速率。

2、功率信號反饋控制

通過這種方法控制風力發電機的功率信號。風輪運行時，其功率隨條件的變化而變化，這是電力信號反饋控制方法的應用依據。分析功率關系以繪制最大功率曲線，然后在此基礎上執行后續操作。在具體實踐過程中，將最大功率與系統的實際輸出功率分析進行比較，得出差異，然后相應地調整滾輪力矩，使風力發電機的工作功率最大化。這種方法可以有效地降低控制成本，但值得注意的是，在風扇每天的工作過程中獲得最大功率曲線是一個技術問題。

（二）風力發電機與相關電力電子變換器控制技術

1、風力發電機控制技術

風力是風力的能源，由于風力在高于地面的地方比較大，所以需要在高空進行能量轉換。發電機及相關設備應盡可能提高生產率和減輕重量。永磁發電機損耗小，效率高，因此在風力發電系統中得到了廣泛應用。目前，為了降低制作費用，可以模塊化制造發電機。

2、電力電子變換器控制技術

對于風力發電系統，電力電子轉換器必須具備以下特性：它具有廣闊的使用面，可在大型風力發電系統中高效使用。轉換風能時能量交換率高，轉換完成后傳輸效率也高。可以對無功電源執行有效條件，從而實現電源元素的改善。提供高可靠性和安全性。在保證高工作效率的同時，擁有廣泛的電力范圍。設備成本不高，經濟合理。在風力發電系統中使用PWM整流器可以有效地控制系統的最大功率。使用適配器時，通過矢量控制取消有效功率和無效功率的組合，從而使生成的無效功率滿足操作要求。

（三）風能發電中的諧波消除與無功功率補償

1、諧波消除

諧波對實際運行階段風力發電的影響包括發電機鐵損、銅損的增加，以及發電機上的超同步諧振。電源設備運行時，諧波會導致設備發生熱故障，從而干擾系統的正常工作。影響傳感器精度的控制電路和保護系統出現無工作狀態：電子設備損壞造成巨大的經濟損失。消除諧波的方法包括：首先，使用電力轉換器等電力裝置，使相位和諧波相互抵消。第二，諧波可以增加無功功率，合理調整電容器組以改變無功功率，并減少諧波對其影響的影響。最后用三角形連接，最大限度地減少諧波流入。還可以根據實際情況添加過濾器。

2、無功功率補償

受感知組件的影響，電力系統的無功可能會導致消耗現象。電壓通過感知元件只會消耗無效的電力，因此感知元件兩端的電壓不會變更，如果電壓較高，感知元件會有大電流通過，從而可能會損壞元件設備。在這種情況下，應該抑制風力發電系統的無功補償和諧波作用。

二、風力發電的控制技術的發展

（一）風力發電機組控制技術的發展

控制技術極其重要，它是決定發電機組可以快速運行的關鍵，以下是幾條原因：1、風力機得到的風能是不能控制的，有些隨意。因為平時的風速的方向和大小受大氣和地形的影響而變得隨機和難控制。2、風力發電機組的的的風輪有很大的慣性，因為它的葉片直徑在一定范圍內，更好地利用了風能。3、自動控制在多方面也能更好地被利用，比如在風力發電的并網和脫網時。4、風力發電所需的風力所在的地方都是比較偏遠的，一般在海邊，工作人員想采用無人近距離的監控的方法來控制比較隨機的風力，這就需要風力發電機組變得更好。有些技術在應用到風力發電的領域后，其它的控制技術也在不斷的發展。并且，控制方式也不再單一，向著多方面發展。定槳距型風力機就是槳葉與輪轂的連接是無法改變的。當風速高于額定風速時，用失速特性，限制發電機的功率就是失速性。而失速特性是氣流的攻角達到一定時，就會有渦流。失去調節型有許多優勢，因為外界因素改變輸出功率時，利用槳葉的被動失速調節不做任何控制，極大地簡化了系統。但是它的葉片很重，有些部件所受的力有些大，所以風力發電機組的效率很低，也會造成重要的部件被損壞。近年來，我國找到了一種新型風力發電系統，也就是變速恒頻風力發電機組，它的很多性質都不受到外界影響。它同恒速風力發電機組比較，其優勢是能在風速低時跟蹤風速變化，在使用過程中可以更好的使葉尖速比達到適中，在風速比較快時，可以使機組正常地運作。前者用變槳距調節和勵磁控制使得正常運作。在風機發電控制技術發展的進程中，輸出功率比額定功率大時，機組就會利用風速來改變發電機的轉差率，達到最優的葉尖速比。該機組的優點是使額定功率得以保證并且輸出功率趨于穩定狀態。

（二）風力發電機組控制策略的發展

風力發電需要風能，但是風能比較隨機它的大小和方向不可控，就會使得葉片改變方向，葉尖速比也達不到標準。風力機的效率也會降低，輸入功率也會受到影響，更嚴重的，會使得其不穩定。風力發電機組的部件有柔性，可以減小壓力，不過，會使系統變得復雜會使有的模塊震動。現如今，控制器有兩類，一是傳統控制，二是現代控制。前者的基礎是數學模型，可以更好的提高風能的利用率。但在變化過快時，就沒辦法發揮到最好。

三、結語：

隨著國家新能源發展戰略的實施，我國風力產業已進入跨越式發展階段。風力發電具有可再生、能源帶、無公害等特點，同時我國風能儲量大而廣泛分布，具有很大的發電潛力，因此風能發電已經成為必然的趨勢。做好風力發電及其控制技術的研究是非常重要的。

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