風力發電電氣控制技術及應用分析

中航國際成套設備有限公司 么 瑤

1 引言

為了能夠有效滿足能源日益增加的需求，實現良性發展，我國必須針對新能源給予不斷深入的探索與研究，不斷加大力度進行新能源的開發，這樣才能夠更好地緩解我國能源危機[1]。因此，新型清潔能源的研究為加強新能源開發過程中一項非常重要的內容，風能基于此種形勢具有非常可觀的應用價值，所以對于風力發電系統中電氣控制技術的應用，予以深入探索具有重要的意義，在有關技術的支持下實現對風能的合理有效應用，將風力發電系統的作用充分發揮出來[2]。

2 風力發電概述

對于清潔能源來說，其為當前階段我國社會不斷加大力度進行推廣的一項重要的能源，而風能為清潔能源的典型，受到了社會各界的廣泛關注。風能資源比較豐富，對于風能資源的合理應用能夠有效避免對生態環境產生的污染，但同時其也存在相應的局限性。如將風力發電和其他的發電模式展開相應的對比，前者的穩定性要更弱一些[3]。主要的原因是由于風能不能夠進行儲存，對其只能是現場采集并且現場使用，同時因為風向的變化具有較強的不確定性，很難保證其速度的穩定性，進而會使得電能和負荷發生的變化缺乏穩定性，就算實際的發電規模較小，對其穩定性的保障也存在較大的難度，這對電網以及電能質量的提高產生的影響是非常不利的。

當目前，我國應用較為廣泛的風力發電系統運行模式，主要包括線性模式與非線性模式，在這當中所應用的線性模式其主要是將傳統的控制模式作為基礎，實現了對其的改進以及延伸，無法充分滿足當前階段在風力發電方面的具體需求，這對我國風力發電的更進一步發展來說會造成較為嚴重的限制。

3 風力發電電力控制技術概述

風能資源為可再生資源。對于當前階段我國存在的環境污染以及能源緊缺方面的問題，實現對資源的充分利用是非常有必要的，最大限度降低對環境造成的浪費，有效避免其對環境產生的污染[4]。具體對風力發電的應用，因為氣壓以及氣溫等相關因素產生的影響，實際采用的風力發電方式具備的可靠性還存在相應的不足。針對此種情況，需要能夠加強對電氣控制技術的應用，采用電氣元件組合的形式針對風力發電的運行過程給予有效控制，為設備運行整個過程中安全性提供有效保障，這對于保障風力發電的可靠性來說是非常有利的。

除卻水力發電模式以外，風力發電便是當前最為成熟且具有較大規模的清潔能源發電模式，最重要的是其具備可再生的特點。我國的風力發電經過長期的發展，已經是世界上第四大風力發電國家之一，基于“一帶一路”的大環境背景，國家在風力發電的發展方面給予的重視程度越來越高。相關的實踐調查研究表明，電力發電技術為風力發電最具關鍵性的技術，主要包括以下幾點。

首先，風力發電設備常年在室外露天環境下運行，環境因素對其產生的影響是較為嚴重的，例如溫度、氣壓以及地形地貌等，此種現狀的存在使得風力發電設備具有較強的隨機性以及不可控性，要想能夠為風力發電系統的穩定可靠運行提供有效保障，就要求能夠加強對其的監測控制；第二，要想能夠使得風能得到充分利用，一定離不開穩定可靠的電氣控制技術的支持；第三，風力發電設備機組在實際并網以及脫網的過程中，充分應用自動化電氣控制技術，可以進一步提高設備的運行效率，這對于保障發電機組設備的持續穩定運行來說具有非常積極的意義；第四，實際風能蘊藏的能量較大，所以風力發電設備的運行環境較為惡劣，實現對電氣控制技術的合理有效應用可以很大程度降低環境等因素對其產生的不利影響。

對于風力發電系統來說，其自身并不具備較強的穩定性，和另外的發電模式做比較還存在相應的不足，所以實際對于電力控制技術的應用要在自然因素產生的不利影響方面做好充分的考慮，在此基礎上給予最大限度避免，包括溫度因素、濕度因素以及大氣壓因素等。另外，針對風力發電系統運行效率開展的評估工作，需要將系統利用率作為主要依據，一般來說，要想能夠實現風能利用效率的更進一步提升，風電場采用的方式通常為把葉片的直徑設置為60～100m。除此之外，因為實際的風力發電系統工作環境較為惡劣，因此針對有關工作人員提出的要求也更為嚴格，需要保證工作人員自身具有較強的工作能力，要想能夠使風力發電系統的工作效率能夠達到預期，還需要進行遠程監控設備的設置，為發電效率提供有效保障。

風力發電存在的問題主要表現于電能,以及電網的質量容易受到相關因素的影響，包括風向以及風速等，比較容易導致電能負荷產生相應的改變，若實際當中的電網規模相對較小，那么電網自身具備的穩定性是無法得到保障。傳統應用的控制方法存在較強的局限性，應用的主要原理為進行發電機屬性的調整來提高風能的捕獲量，難以滿足當下的實際需求。

4 風力發電電氣控制技術的具體應用

4.1 變槳距發電技術

在風力發電運行期間，風力發電主機自身的功率直接性決定著發電的質量和發電效率，若實際當中的功率較低，那么風力資源利用率也會隨之降低。所以，需要能夠在風力發電機組運行風速功率方面給予有效控制。針對此方面的情況，可以加強對變槳距發電技術的合理有效應用，采用轉變漿距角度的方式為發電整個過程的穩定性提供保障，以此來實現對風力資源的高效利用。

近年來，我國的科學技術水平得到了很大程度的提升，在此背景下，用于制造扇葉的材質得到了更進一步的優化，同時在其重量方面作出了相應的調整，從整體上減少了設備的重量。并且，在沖擊荷載上也產生了相應的改變，和以往相比當下的沖擊荷載要更低。將變槳距發電技術合理有效地應用到風力發電系統當中，對于保障設備運行的穩定性來說是非常有利的，有效避免設備運行期間發生相應的事故，使控制工作開展的質量得到整體上的提升。然而，變槳距在運行期間其自身的穩定性較低，通常需要在此方面投入更多的人力以及物力，在后續伴隨著科學技術水平的不斷提高，相信此方面存在的問題會得到有效解決。圖1所示為變槳距風力機性能曲線。

圖1 變槳距風力機性能曲線圖

4.2 定漿距失速發電技術

對于定槳距失速發電技術在實際當中的應用來說，其除了繼承了傳統發電技術的優點之外，同時在其中也融入了更為先進的新型發電技術。通過對此項技術的合理有效應用，可以為發電系統運行的質量以及效率提供保障，使系統能夠長期保持穩定狀態。基于風力發電的具體情況而言，基于并網當中的發電機組設備運行在設備的穩定性方面有著較為嚴格的要求，合理有效地應用定漿距失速發電技術，實現對葉片具備復雜性構造方面的優勢，可以為相關工作人員實現對發電機組設備功率有效控制提供相應的幫助，但同時也有可能會發生消耗無用功的現象，主要的原因是由于葉片自身的體積或者重量較大，對發電機組運行效率的有效提高造成了相應的限制。

實際在應用定槳距失速發電技術的過程中，外界存在的相應環境因素有可能對其產生影響，所以對其的應用存在一定的局限性，需要將其應用在對風力等級沒有過于嚴格要求的環境當中。若實際當中的風力等級太高，則針對該項技術的應用便缺乏合理性，要想能夠實現定漿距失速發電技術應用覆蓋范圍的有效擴大，后續還需要相關工作人員在此方面給予不斷深入的探索。

4.3 變速風力發電技術

就目前我國風力發電發展的實際情況來看，變速風力發電技術為其中非常重要的一項內容。該項技術的應用中可以參照風速的大小，針對相應的發電設備加以控制，使設備能夠維持恒定頻率進行發電。從以上所說能夠了解到，風力發電機設備在實際運行過程中比較容易受到風速的影響，為了能夠有效降低此方面因素的影響，為設備的運行效率提供保障，需要能夠圍繞具體情況針對風輪轉速給予合理有效的調整，保證設備功率輸出的平穩性，這對于維持風力發電運行整個過程的安全性以及穩定性來說是非常有利的。

4.4 主動失速發電技術

主動失速發電技術在實際當中的應用，主要實現了變槳距發電技術和定漿距失速發電技術的有機融合，此項技術的應用能夠實現對成本的有效控制，保證風力發電頻率的平穩性。所以主動失速發電技術擁有較為顯著的優勢，其除了擁有變槳距發電技術的優點之外，同樣也結合了定漿距失速發電技術的優點。對于此項技術的應用原理來說，其主要表現在以下方面：使漿距角能夠處在多種狀態之下，使對其進行的改變更加方便快捷，從而能夠實現對風能速度的有效控制，對捕獲量給予有效的把控。該項技術在實際生產中具有較為明顯的應用價值，但其同樣存在相應的不足之處就是有可能產生失速的情況，對使用功率方面給予的控制存在相應的困難，進而不利于保證電力系統的平穩運行。

4.5 低電壓穿越技術

若實際當中的風電場并網點三相電壓處在電壓的輪廓線當中，那么在這個過程中的風電機組能夠實現不間斷并網運行；若實際的并網當中含有一相電壓處于電壓輪廓線之下，那么風電場當中的風電機組能夠從電網切出。若實際的并網電壓下降到了20%額定電壓，那么在這個時候的風電機組要求能夠擁有并網運行625ms 的低電壓穿越能力；如果實際的風電場并網點電壓能夠在出現跌落情況的2s 之內得到了恢復進而達到了額定電壓的90%，那么在這個過程中的風電機組要求能夠充分滿足不間斷并網運行方面的相關需求；若實際當中的電網出現了相應的故障，沒有將風電機組切出，那么將故障問題解決之后，此功率的數值要求能夠和沒有發生故障之前相等。

對于低電壓穿越技術的應用來說，其在實際當中的功能發揮主要表現在以下幾個方面：第一，通過對變流器的應用設置成為低電壓穿越狀態，所應用的控制器設備需要將設備計算以及計時期間所測量出電壓具體情況進行確定，低電壓在進行穿越時，能夠有效解決電網存在的故障，通過變槳針對轉速閉環給予有效的調解，基于此種情況下的目標轉速便是同步轉速。

第二，如果實際當中的低電壓出現了穿越失敗的情況，那么在這時所應用的變流器設備信號能夠進行有效的判斷，另外也能夠通過應用主控系統采用計時方式進行判斷，但實際當中主控系統對于電壓測量的準確性會對其產生直接性的影響。對于所發生的主控判斷失敗觸發時間方面的問題，需要應用標準判定時長，若穿越不成功，那么會導致一些故障問題出現，進而導致發電機設備會終止運行。等到低電壓成功穿越之后，則功率也會得到相應的恢復，通常能夠恢復到跌落之前的10%，在功率進行恢復的過程中，需要將計算轉速作為主要依據對其開展合理的調節工作。除此之外，還需要將屏蔽電網放開，主要的目的是為了能夠恢復電壓，在電壓恢復完成之后，便能夠實現對其的正常控制。

5 結語

當前，對于風力資源來說，其具備的豐富性特點為我國風力發電事業的更進一步發展奠定了堅實的基礎，所以當前階段需要相關工作人員能夠針對風力發電給予不斷深入的探索，針對風力發電當前階段存在的不足之處給予全方位的分析，實現對各項電氣控制技術的合理有效應用，同時在提高風力發電技術水平以及風力發電質量方面給予深入的研究，這對于促進我國電力行業的持續穩定發展來較為有利。