調(diào)頻技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的運(yùn)用

王虎成，張發(fā)（中廣核風(fēng)電內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古呼和浩特　010010）

?

調(diào)頻技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的運(yùn)用

王虎成，張發(fā)
（中廣核風(fēng)電內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010010）

摘要：作為現(xiàn)代社會(huì)電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的重要技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電逐漸受到了社會(huì)的關(guān)注，并對(duì)之不停地加以改革和系統(tǒng)化，期待實(shí)現(xiàn)類似于傳統(tǒng)電源發(fā)電的頻率調(diào)節(jié)等功能。文章結(jié)合風(fēng)力發(fā)電的當(dāng)前狀況以及調(diào)頻技術(shù)在其中的合理應(yīng)用，主要包括了變速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子慣性控制、超速控制、變槳控制以及組合控制四方面，并給出了在風(fēng)力發(fā)電當(dāng)中調(diào)頻技術(shù)的合理運(yùn)用需要關(guān)注的重點(diǎn)問題，希望能對(duì)風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)發(fā)展起到一定的作用。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；運(yùn)用

1　轉(zhuǎn)子慣性控制技術(shù)

當(dāng)前社會(huì)下的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)有了較好地發(fā)展，而它的發(fā)電機(jī)型主要有定速型和變速型兩種。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多數(shù)都采用了鼠籠式發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠主動(dòng)為整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供必要的慣性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在頻率調(diào)節(jié)的過程中起不到任何作用。在兩種風(fēng)機(jī)當(dāng)中，一般采用率較高的是變速型風(fēng)電機(jī)，它具有很好的電力電子變流器控制功能，導(dǎo)致其機(jī)型波動(dòng)范圍一般較大。另外，由于它具有變速性質(zhì)，在發(fā)電系統(tǒng)中操控起來也就自然顯得方便靈活。由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)并不是那么出彩，目前的風(fēng)電能源一般會(huì)選擇最大風(fēng)能捕獲以及控制的裝置，在這樣的狀況下，風(fēng)機(jī)只能運(yùn)行于最大功率周圍，無法采用調(diào)頻的相關(guān)技術(shù)，更加無法有效合理的操控，也沒有備用的容量，造成了很大的缺陷。盡管變速型風(fēng)機(jī)具有很多缺陷和不足，但它本身可以進(jìn)行良好的控制操縱，只要在控制目標(biāo)以及策略上進(jìn)行一定的調(diào)整完善，就可以充分的使發(fā)電機(jī)組適應(yīng)系統(tǒng)頻率的波動(dòng)，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，也就實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)功能。

2　轉(zhuǎn)子超速控制技術(shù)

相對(duì)于轉(zhuǎn)子的慣性控制而言，轉(zhuǎn)子的超速控制可以更有效且全面地對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的速度進(jìn)行合理控制，也就可以使風(fēng)機(jī)不再處于最大功率的點(diǎn)上，從而保留一部分的功率備用，并且可以將其用于頻率調(diào)節(jié)當(dāng)中。轉(zhuǎn)子超速控制的技術(shù)目前主要包括對(duì)控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式的改善，比如在現(xiàn)有的雙饋風(fēng)機(jī)使用中，轉(zhuǎn)子超速控制的使用須在額定風(fēng)速以下，同時(shí)轉(zhuǎn)子超速控制可以有效增加輔助的頻率控制。當(dāng)風(fēng)機(jī)的頻率下降時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也會(huì)跟隨下降，這樣不僅可以通過部分動(dòng)能的釋放來調(diào)整提高頻率反應(yīng)變化能力，同時(shí)也可以大大增加整體機(jī)組的發(fā)電功率，在其中，也就實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)的功能。雖然轉(zhuǎn)子超速控制具有以上的優(yōu)點(diǎn)，但它在頻率調(diào)節(jié)的過程中，存在著控制和操縱上的盲區(qū)。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到甚至即將超過額定的數(shù)值后，機(jī)組會(huì)主動(dòng)地通過對(duì)槳距角的控制來實(shí)現(xiàn)功率的平穩(wěn)，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高對(duì)功率已經(jīng)失去了主要的提升作用，因此，轉(zhuǎn)子超速控制的運(yùn)行僅限于額定風(fēng)速以下。

3　變槳控制技術(shù)

在風(fēng)電發(fā)電現(xiàn)有的調(diào)頻技術(shù)當(dāng)中，在風(fēng)力變化較大的地方一般會(huì)選取變槳控制的方式。變槳控制的使用首先是要對(duì)槳距角進(jìn)行有效合理的操控，相應(yīng)改變槳葉的迎風(fēng)角度與整體輸入的機(jī)械能量大小，它的位置也是處于最大功率點(diǎn)以下，也會(huì)留出一定的容量以供備用，從而對(duì)頻率進(jìn)行有效地控制。在風(fēng)速較為穩(wěn)定的情況下，槳距的角度越大，機(jī)組的備用功率也就越大。變槳技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)用當(dāng)中，具有較強(qiáng)的靈活操控能力，調(diào)節(jié)范圍也十分大，并且可以實(shí)現(xiàn)全風(fēng)速下的功率控制。但是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械部件，反應(yīng)的速度十分不靈敏，而且槳距角變化不宜頻繁，不然機(jī)組的機(jī)械很受到磨損，導(dǎo)致整體系統(tǒng)癱瘓。當(dāng)前的變槳技術(shù)，主要應(yīng)用于額定風(fēng)速以上，雖然也會(huì)產(chǎn)生一定的維護(hù)修理費(fèi)用，但是，它所帶來的效益明顯超于弊端。

4　組合控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電的調(diào)頻技術(shù)當(dāng)中，比較新興和熱門的就是組合控制，也就是把上述的三種調(diào)頻控制技術(shù)加以改善綜合利用，實(shí)現(xiàn)控制整體的系統(tǒng)化。風(fēng)電機(jī)組的慣性響應(yīng)控制、超速控制和變槳控制各自都有自己一定的適用范圍，并且有各自的優(yōu)勢(shì)和缺陷，運(yùn)行條件也不一致。在現(xiàn)有的研究當(dāng)中，最大功率點(diǎn)一般只用于中低風(fēng)速，而在額定風(fēng)速以下大都會(huì)采用轉(zhuǎn)子超速控制。變槳控制雖然適應(yīng)風(fēng)速的變化，但一般只會(huì)用于風(fēng)速大的地區(qū)。如果將這幾項(xiàng)調(diào)頻控制技術(shù)進(jìn)行有效的改善和調(diào)節(jié)整合，就可以克服其中的各項(xiàng)缺陷，并有效地提升電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電功率。因此，在組合控制的方面，相關(guān)專家應(yīng)進(jìn)行合理的研究，并不斷地加以系統(tǒng)實(shí)踐，使其實(shí)現(xiàn)高效率的靈活控制。

5　結(jié)語

風(fēng)電發(fā)電技術(shù)正處于蓬勃的發(fā)展當(dāng)中，而其中的調(diào)頻技術(shù)也越來越成為風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵，國(guó)家也越來越需要風(fēng)電具有傳統(tǒng)電源的功能，從而保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步中，頻率調(diào)節(jié)技術(shù)顯得尤為重要，需要進(jìn)行全面的整改和完善。相關(guān)的專家應(yīng)結(jié)合目前的幾種控制方式，不斷地加以調(diào)節(jié)和完善，克服它們所存在的缺陷以及運(yùn)行的條件限制，從而使風(fēng)力發(fā)電得以良性有效地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］柳偉，顧偉，孫蓉，等.DFIG-SMES互補(bǔ)系統(tǒng)一次調(diào)頻控制［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，（9）.

［2］趙國(guó)材，周前程.風(fēng)能變換系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)中的應(yīng)用仿真［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，（6）.

Application of FM Technology in wind Power Generation

WANG Hu-cheng，ZHANG Fa
（Inner Mongolia Branch of CGNPC wind Power CO.LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

Abstract：In modern society，power grid power generation system as an important technology，wind power gradually gets attention from the society.Combining with the present situation of wind power and reasonable application of FM technology，mainly including the variable speed wind turbine rotor inertia control，speed control，pitch control and combined control，this paper gives important problems in reasonable application of FM technology to provide reference for wind power generation.

Key words:FM technology；Wind power；application

中圖分類號(hào)：TM614

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0041-01

收稿日期：2016-04-27

作者簡(jiǎn)介：王虎成（1986-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：電氣工程，電力系統(tǒng)。