風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略

廖蘭蘭

摘要：與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)能的開發(fā)利用不僅成本低，而且環(huán)境安全。最重要的是風(fēng)能是一種可再生能源。風(fēng)能的開發(fā)利用主要是風(fēng)力發(fā)電。在實(shí)際工作中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用率相對較低，因此專家們一直在不斷研究提高風(fēng)力發(fā)電利用率的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電技術(shù);功率控制;策略分析研究

1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用原理：通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，將溫差產(chǎn)生的氣流轉(zhuǎn)化為電能。具體來說，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)車的葉片旋轉(zhuǎn)，葉片軸與速度表連接以促進(jìn)速度增加，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電具有以下特點(diǎn)：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝機(jī)規(guī)模逐年增加，風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用比例逐年增加;風(fēng)力渦輪機(jī)的功率不斷增加;海上風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在商業(yè)化。海上風(fēng)力發(fā)電干擾因素少，風(fēng)速高且穩(wěn)定，發(fā)電量大。風(fēng)力發(fā)電可以通過發(fā)電機(jī)組有效地進(jìn)行;風(fēng)力發(fā)電的前期投資較高，但運(yùn)行成本較低。在全球范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電市場發(fā)展迅速，風(fēng)力發(fā)電在發(fā)電行業(yè)中占據(jù)了重要地位。目前，市場上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)技術(shù)存在很大差異，突出的差異主要體現(xiàn)在發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組合上。電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增加，以最大限度地提高風(fēng)能利用率，并確保有功功率和無功功率均處于可控狀態(tài)。

2風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的基本發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行基本發(fā)電，然后將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)能。在實(shí)際工作過程中，風(fēng)會(huì)帶動(dòng)風(fēng)車風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，利用加速機(jī)來加速風(fēng)機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速，從而有效地促進(jìn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電過程中使用的設(shè)備統(tǒng)一稱為風(fēng)力渦輪機(jī)，可分為三部分：風(fēng)力渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和塔架。將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的最重要方式是風(fēng)輪，它由兩個(gè)或多個(gè)螺旋槳形狀的葉片組成。當(dāng)葉片受到風(fēng)的影響時(shí)，葉片上會(huì)產(chǎn)生空氣動(dòng)力來轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)輪。為了確保風(fēng)輪始終與風(fēng)向?qū)R以獲得最大功率，在實(shí)際使用中，有必要在風(fēng)輪后面安裝一個(gè)類似于風(fēng)向標(biāo)的尾舵。風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架是支撐整個(gè)渦輪機(jī)、方向舵和發(fā)電機(jī)的框架。在設(shè)置風(fēng)塔高度時(shí)，必須考慮地面障礙物對風(fēng)速的影響以及實(shí)際環(huán)境中風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)際直徑，以確保風(fēng)塔高度滿足風(fēng)機(jī)實(shí)際工作的要求。發(fā)電機(jī)的主要功能是當(dāng)風(fēng)輪受到風(fēng)的影響時(shí)產(chǎn)生恒定的速度，然后增速器將其傳輸給發(fā)電機(jī)，使其均勻運(yùn)行，最后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。一般來說，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較高的發(fā)電效率，但這種發(fā)電機(jī)不僅由一個(gè)發(fā)電頭組成，而且是一個(gè)具有一定科學(xué)技術(shù)水平的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)和變流器。一般來說，風(fēng)力渦輪機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)子、機(jī)尾和葉片組成，每一個(gè)都有其作用。風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片主要受風(fēng)的影響，并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)的尾部確保葉片始終朝向風(fēng)向，以獲得最大風(fēng)力，風(fēng)力渦輪機(jī)的尾部扭轉(zhuǎn)提供了保障工作，通常用在轉(zhuǎn)子上的是永磁體或勵(lì)磁體，電能是通過定子繞組電阻切斷磁場線產(chǎn)生的。

3風(fēng)力發(fā)電功率控制策略

3.1風(fēng)機(jī)變槳距控制

在風(fēng)力發(fā)電中，根據(jù)風(fēng)力機(jī)的葉片和輪轂，風(fēng)力機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)可分為定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)。定槳距風(fēng)力機(jī)是一種安裝在輪轂上的固定葉片，在工作過程中，葉片角度不會(huì)發(fā)生變化。在變槳距風(fēng)力機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，必須解決葉片功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)和風(fēng)力機(jī)的制動(dòng)功能。具體性能如下：（1）變槳距風(fēng)力機(jī)采用葉片與輪轂之間的非剛性連接方式，使葉片在工作中可以通過槳距進(jìn)行調(diào)整，葉片與輪轂之間的角度可以根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際工作中，無論風(fēng)速如何變化，葉片和輪轂始終保持最佳角度，這可以提高風(fēng)力發(fā)電的輸出功率。（2） 當(dāng)風(fēng)力過大，無法切斷風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速時(shí)，它將自動(dòng)停止工作。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)，葉片可以保護(hù)風(fēng)機(jī)免受損壞。

3.2風(fēng)電機(jī)組的偏航控制

風(fēng)力機(jī)的偏航控制是風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分。偏航控制系統(tǒng)可以與風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)，使風(fēng)機(jī)處于逆風(fēng)狀態(tài)，從而大大提高風(fēng)機(jī)的功率效率，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性。風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。風(fēng)力機(jī)的偏航控制系統(tǒng)可以在風(fēng)力變化時(shí)更好地調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)，使風(fēng)力機(jī)始終處于風(fēng)向正前方，從而最大限度地捕獲風(fēng)能，極大地提高風(fēng)力機(jī)的功率輸出。

3.3風(fēng)力渦輪機(jī)控制

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的功率控制中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以控制功率輸出。大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)使用雙饋異步風(fēng)力渦輪機(jī)。雙饋異步發(fā)電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)風(fēng)速的變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，這對提高風(fēng)能利用率有很大幫助。同時(shí)，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，通過控制輸入電流參數(shù)，在保持定子輸出電壓和頻率不變的基礎(chǔ)上，調(diào)整電網(wǎng)的功率因數(shù)，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4中國風(fēng)力發(fā)電的前景

近年來，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)整體水平不斷提高，取得了可喜的成績。然而，由于起步較晚，與其他先進(jìn)國家相比，中國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)仍有很大的進(jìn)步空間。技術(shù)落后、體制不健全、成本控制等問題嚴(yán)重制約了我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，電價(jià)體系仍需完善，這嚴(yán)重影響了投資者的收益。然而，高電價(jià)也間接增加了電力保護(hù)企業(yè)的壓力，這對它們的長期發(fā)展非常不利。因此，有關(guān)主管部門應(yīng)高度重視體制改革，完善電價(jià)體系及相關(guān)配套措施，為發(fā)電行業(yè)提供良好的發(fā)展機(jī)遇，在滿足風(fēng)力發(fā)電需求的基礎(chǔ)上，盡可能緩解電力企業(yè)的壓力。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力的需求日益增加，而可利用的能源也越來越緊張。在這種背景下，新能源的現(xiàn)實(shí)意義不言而喻。風(fēng)力發(fā)電等環(huán)保能源的應(yīng)用受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。有關(guān)部門要加強(qiáng)風(fēng)電宣傳推廣，全面貫徹落實(shí)黨中央精神，順應(yīng)現(xiàn)代能源發(fā)展趨勢。

結(jié)論

目前，越來越多的人認(rèn)識(shí)到風(fēng)力發(fā)電的重要性，并不斷加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)。未來，風(fēng)電技術(shù)的建設(shè)成本將逐步降低，并將逐步向海上轉(zhuǎn)移。在風(fēng)力發(fā)電推廣過程中，為了擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電規(guī)模，有必要不斷改進(jìn)和完善風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，從而提高風(fēng)力發(fā)電效率。在控制風(fēng)機(jī)功率的過程中，相應(yīng)的技術(shù)人員需要調(diào)查風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，不斷優(yōu)化和改進(jìn)風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而有效提高風(fēng)電設(shè)備的穩(wěn)定性和效率。

參考文獻(xiàn)

[1]王珊珊.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（04）：238.