風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進(jìn)展探究

董超

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于電能的需求量越來越大，隨著人們對(duì)新能源發(fā)電越來越重視，水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電逐漸成為重要的發(fā)電系統(tǒng)，并將為發(fā)電行業(yè)作出貢獻(xiàn)。風(fēng)能廣泛分布在全國各地。風(fēng)力發(fā)電由于其開發(fā)利用相對(duì)容易，且作為一種新能源，無二次污染，成本穩(wěn)定可控，逐漸成為當(dāng)前發(fā)電的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。隨著國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電研究和應(yīng)用的逐步發(fā)展，類似風(fēng)力渦輪機(jī)、控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，都取得了一定的進(jìn)展和突破。為了使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到有效地開發(fā)和應(yīng)用，有必要對(duì)相關(guān)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行深入研究。本文主要論述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的新進(jìn)展和新研究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;控制技術(shù);新進(jìn)展

引言

隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，能源過度消耗和環(huán)境污染等問題也變得越來越嚴(yán)重。作為常規(guī)能源的天然氣、石油、煤炭屬于不可再生能源，儲(chǔ)備有限，使用過程中還會(huì)有嚴(yán)重的大氣污染。因此，可再生能源的開發(fā)利用越來越受到世界各國的重視。隨著國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)邁入跨越式發(fā)展階段。風(fēng)電有著可再生、能量大、無污染等特點(diǎn)，同時(shí)我國風(fēng)能儲(chǔ)備量大，分布廣泛，有著非常大的開發(fā)潛力，所以發(fā)展風(fēng)電能源已經(jīng)成為一種必然趨勢。做好風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的研究，具有十分重要的意義，本文就此展開了相關(guān)分析和研究。

1風(fēng)力發(fā)電簡述

風(fēng)力發(fā)電的主要原理是通過風(fēng)力推動(dòng)風(fēng)車的葉片旋轉(zhuǎn)，然后改善其轉(zhuǎn)速加速機(jī)器的幫助下，以提供足夠的電力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)對(duì)風(fēng)車技術(shù)的研究，風(fēng)力可以在風(fēng)速為每秒3米的微風(fēng)中產(chǎn)生。然后將垃圾堆積產(chǎn)生的廢水與污水進(jìn)行處理，處理后的水進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)零排放，從而避免有害成分進(jìn)入環(huán)境，污染水環(huán)境。還在燃燒的過程中遇到的二氧化氮，二氧化硫，氯化氫氣體污染，因此需要處理這些氣體，如排放標(biāo)準(zhǔn)排放，如果有最好安裝在鍋爐煙氣處理裝置的尾巴，這可以對(duì)有害氣體進(jìn)行過濾，排放有利于安全。

2風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進(jìn)展的研究分析

2.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制的必要性

自然風(fēng)的速度和方向是隨機(jī)變化的，因此有效地控制發(fā)電系統(tǒng)，包括切斷電網(wǎng)的控制單元、限制輸出功率、檢測和保護(hù)風(fēng)輪運(yùn)行時(shí)的故障具有重要意義。近年來，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)已經(jīng)從固定節(jié)距的恒速運(yùn)行技術(shù)發(fā)展到變節(jié)距的變速運(yùn)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基本的供電目標(biāo)。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率是其重要技術(shù)之一。主要有三種調(diào)節(jié)方法，即主動(dòng)失速調(diào)節(jié)、定螺距失速調(diào)節(jié)和可變螺距調(diào)節(jié)。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了變槳距風(fēng)力機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用風(fēng)速、風(fēng)向的變化，風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)整和網(wǎng)絡(luò)化控制，變槳距系統(tǒng)可以有效地控制單元的功率和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行，有效提高了運(yùn)行速度，極大地促進(jìn)了電力行業(yè)的發(fā)展。

2.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

在技術(shù)方面，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電主要分為三個(gè)步驟：首先引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，其次對(duì)國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收和轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)自身技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新。目前，我國傳統(tǒng)的電力設(shè)備正逐漸退出市場，目前的電力設(shè)備已經(jīng)更新?lián)Q代。我國目前的風(fēng)電設(shè)備也在蓬勃發(fā)展，其群組設(shè)置也在逐步完善。在發(fā)電行業(yè)方面，中國的設(shè)備和關(guān)鍵零部件可以滿足中國目前的風(fēng)電需求。所以要加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新設(shè)置，促進(jìn)自主創(chuàng)新能力的提高，才能有效地促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的完善和進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)是促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電，甚至是我國電力工業(yè)進(jìn)步的重要內(nèi)容，其中控制系統(tǒng)的內(nèi)容是關(guān)鍵，為了促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的效率需要得到有效地提高。

3風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

3.1風(fēng)輪控制技術(shù)

在風(fēng)電系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，要達(dá)到最高的風(fēng)電轉(zhuǎn)化率，就必須降低風(fēng)能的消耗。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行合理地控制，具體的控制技術(shù)如下：（1）合理控制風(fēng)輪的葉尖速比。在風(fēng)輪運(yùn)行過程中，在風(fēng)的作用下旋轉(zhuǎn)的葉尖線速度即為葉尖速度，這一時(shí)期的葉尖速度與風(fēng)速的比值即為葉尖速比。通過控制河流的葉尖比，可以進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，降低風(fēng)力能耗。在具體的控制中，由于自然風(fēng)速和風(fēng)的大小無法調(diào)節(jié)，為了達(dá)到理想的控制效果，需要通過改變?nèi)~尖速度來調(diào)節(jié)葉尖速比。在這個(gè)過程中，可以根據(jù)實(shí)際風(fēng)速和風(fēng)速，通過改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，從而合理控制最外邊緣的速度，進(jìn)一步優(yōu)化葉尖速比。（2）合理控制功率信號(hào)反饋。通過控制功率信號(hào)的反饋，可以有效地控制風(fēng)力機(jī)的功率。在運(yùn)行過程中，風(fēng)輪的功率會(huì)隨著工況的變化而變化，這也是該控制方法應(yīng)用的基本條件。通過分析功率關(guān)系，繪制出最大功率曲線，并在此基礎(chǔ)上對(duì)功率信號(hào)反饋進(jìn)行合理控制。在具體的控制過程中，有必要分析系統(tǒng)的最大功率與實(shí)際輸出功率的差異，然后根據(jù)這個(gè)差異調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子始終保持最大運(yùn)行功率。通過這種控制方法，不僅可以有效地降低風(fēng)力能耗，而且可以有效地降低控制成本。但是在這種控制方法的具體應(yīng)用中，很難得到最大功率曲線，這需要技術(shù)人員的重視。（3）合理控制登山搜索。通過合理控制登山搜索，可以合理控制風(fēng)扇電源點(diǎn)。因?yàn)樗膱D像類似于拋物線，最大功率點(diǎn)在最高點(diǎn)。特定的控制，如果你不能確定當(dāng)前的操作點(diǎn)的具體位置，轉(zhuǎn)子速度可以正常運(yùn)行，以達(dá)到系統(tǒng)的直流電源輸出的變化，系統(tǒng)條件下的直流輸出功率增加，高峰將出現(xiàn)在左邊的拋物線的形象，否則它就會(huì)出現(xiàn)在右邊的拋物線圖像中。這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的位置，并在此基礎(chǔ)上合理確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。然而，這種方法也有一些缺點(diǎn)。如果風(fēng)輪在某一特定旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量很大，就很難改變它的速度。

3.2風(fēng)能發(fā)電中諧波消除

在風(fēng)機(jī)發(fā)電過程中，諧波的存在會(huì)降低發(fā)電的整體質(zhì)量，造成電壓和頻率都會(huì)受到影響，所以有必要采取一種消除諧波的方法，盡量減少對(duì)發(fā)電的干擾。諧波可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)損壞，甚至導(dǎo)致同步葉片振動(dòng)諧波，甚至導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備熱故障，造成正常運(yùn)行干擾，損壞正常的電子發(fā)電系統(tǒng)，影響傳感器的準(zhǔn)確性。為了消除諧波，可以通過功率變換器或無功率增加來調(diào)整電容，盡可能地降低諧波的影響。

3.3無功功率補(bǔ)償

電力系統(tǒng)中的無功功率受感性元件的影響，會(huì)消耗電能。當(dāng)電壓通過感性元件時(shí)，感性元件兩端的電壓不會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)橹幌臒o功功率。如果電壓過高，電感元件會(huì)產(chǎn)生大電流，可能會(huì)損壞元件設(shè)備。在這種情況下，應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，抑制諧波作用。電容開關(guān)法在無功補(bǔ)償中應(yīng)用廣泛，但它也有一些缺點(diǎn)，如：如果同時(shí)電容容量過大，會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)。

結(jié)語

近年來，我國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在許多問題。部分具有自主研發(fā)能力的風(fēng)電企業(yè)，需要從國外購買相關(guān)的源代碼、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件等，特別是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變頻器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面需要大量進(jìn)口，如軸承、齒輪箱、而其他核心部件在質(zhì)量和性能等方面，與國外產(chǎn)品存在較大差距。此外，我國風(fēng)電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還不完善，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)和關(guān)鍵部件生產(chǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步完善。因此，中國風(fēng)電行業(yè)未來的發(fā)展，首先要加強(qiáng)核心技術(shù)的自主研發(fā);其次，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，合理規(guī)范風(fēng)電發(fā)展。最后，要加大政策支持力度，建立完善的風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)我國風(fēng)電及其控制技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

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