風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行及控制方法

胡飛

【摘 要】隨著各類新型能源的開發(fā)與使用，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為一種新能源也逐漸應(yīng)用于人們的生活與工作中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的使用不僅可以減少煤炭等資源的應(yīng)用，保護環(huán)境，減少污染環(huán)境的氣體，也可以不斷地為我國提供安全、高效率的供電質(zhì)量。本文就主要針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行及控制進行相關(guān)探究。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 運行 控制方法

在提倡無污染、高效率發(fā)展的今天，各個國家也都在相繼追求與研究風(fēng)能以及其他各類新能源的發(fā)展，尤其是在現(xiàn)在這個能源及其短缺的情況下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究更顯得極為重要。依據(jù)各種各樣的運行方式和控制技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以分為恒速恒頻系統(tǒng)和變速恒頻系統(tǒng)，都可以有效地利用風(fēng)能。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機和變流設(shè)備等設(shè)備組成，其中風(fēng)輪主要是用于捕捉風(fēng)能，然后再進一步將捕捉到的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，而機械能轉(zhuǎn)化為人們可以進一步使用的風(fēng)能主要是由發(fā)電機來完成的，最終再由變流設(shè)備將發(fā)電機發(fā)出的頻率轉(zhuǎn)化為一樣頻率的交流電，再移送至電網(wǎng)就可以達到發(fā)電的目的。

在風(fēng)力發(fā)電機中以小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例進行簡單介紹，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是由小型風(fēng)力機、交流發(fā)電機、三相不控整流橋、Boost變換器、單相并網(wǎng)逆變器、濾波器、直流調(diào)壓負(fù)載以及本地用戶負(fù)載等各個部分組成，這幾大部分相互調(diào)節(jié)，和諧運作，共同促進了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正確運行與控制。

在對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行控制過程中，為了實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的最大功率跟蹤，研究人員對Boost變換器進行了一系列的相關(guān)控制研究。

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要包括兩種運行狀態(tài)，即為最大風(fēng)能追蹤狀態(tài)與額定功率運行狀態(tài)。

2.1 最大風(fēng)能追蹤狀態(tài)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能追蹤狀態(tài)，就是指當(dāng)風(fēng)速比額定風(fēng)速低時，但是為了達到該風(fēng)力發(fā)電機的最大輸出功率，要不斷地讓風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)波的變化而不斷變化，從而可以最大程度的利用風(fēng)能，提高最大風(fēng)能利用系數(shù)。

2.2 額定功率運行狀態(tài)

在風(fēng)力發(fā)電機進行運作的過程中，如果風(fēng)速比額定風(fēng)速要高，這時就需要研究人員通過調(diào)整葉片槳的距離以及風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，從而不斷地減少捕捉風(fēng)能，進而保證風(fēng)力發(fā)電機的正常運行。風(fēng)力發(fā)電機的運行控制也有很多種類，一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機依據(jù)其所處的狀態(tài)的不同往往會存在很多的控制方法。

例如，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速較低時，這時就需要對風(fēng)力發(fā)電機進行轉(zhuǎn)速控制，所以就需要采取最大功率點跟蹤控制方法，從而可以保證在最大程度上捕獲風(fēng)能，帶動風(fēng)力發(fā)電機進行發(fā)電。相反，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速較高時，為了減少捕獲風(fēng)能，讓風(fēng)力發(fā)電機的功率維持在這個額定值的附近，這時就可以采取恒定功率控制方法。從總體上來說，真正應(yīng)用于實際的風(fēng)力發(fā)電機基本上都是通過電氣功率調(diào)節(jié)和葉片技術(shù)這兩種手段來實現(xiàn)調(diào)控轉(zhuǎn)速的目的，讓那些偏高的或者是偏低的轉(zhuǎn)速逐漸趨于穩(wěn)定于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。對于整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來說，風(fēng)速的變化對于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速的控制具有很重要的影響，因為風(fēng)力發(fā)電機就是一個依靠捕捉風(fēng)能進而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，最終再將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。因此最大風(fēng)能跟蹤的控制方法逐漸成為提高風(fēng)力發(fā)電機的整體運行效率的比較重要的因素之一。通過研究人員對風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的研究分析，研究最大風(fēng)能跟蹤控制策略具有很重要的意義和使用價值，在基于最大風(fēng)能跟蹤控制研究的基礎(chǔ)上，基于智能控制或者最優(yōu)控制的這種方法以及成為未來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的方向。

3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法

3.1 風(fēng)力機的最大功率跟蹤控制

本篇文章采用了一種比較簡單的方法來研究關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機的最大功率跟蹤控制等相關(guān)問題。當(dāng)廠商將風(fēng)力發(fā)電機進行出廠時，該廠商一般會為消費者提供一條有關(guān)最大功率—風(fēng)速的曲線，該曲線上測得的風(fēng)速主要是根據(jù)風(fēng)速傳感器測量而得來的數(shù)據(jù)，并且在控制器內(nèi)已經(jīng)將該曲線進行存儲，并且將測出來的最大電流、最大功率等作為機器的參考值，并不斷地在這個參考值的基礎(chǔ)上實現(xiàn)最大電率的跟蹤。

3.2 并網(wǎng)逆變器的控制方法

并網(wǎng)逆變器的控制方法比較綜合全面，他主要分為并網(wǎng)前的逆變器控制、并網(wǎng)時的逆變器控制，以及并網(wǎng)后的逆變器控制，由于在這個并網(wǎng)逆變器的控制過程中的控制目標(biāo)不同，所以在控制方法方面也有很大的不同。

3.2.1 逆變器并網(wǎng)前和并網(wǎng)時的控制方法

在逆變器進行并網(wǎng)之前，通常需要將逆變器控制輸出電壓，然后再跟蹤單相電網(wǎng)電壓u的幅值、相位以及頻率等，再使用電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋雙閉環(huán)控制方法。通過這一系列的控制方法以及瞬時值的反饋，不僅可以在很大程度上提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，簡化設(shè)計，而且可以在很大程度上起到限制電流、保護電路的作用。

在逆變器進行并網(wǎng)時，研究人員要注意盡自己最大的可能來減小對負(fù)載和電網(wǎng)的沖擊，而這篇文章所列舉的就是在并網(wǎng)瞬間將負(fù)載電流作為逆變器輸出電流給定值，于此同時，該逆變器的控制方法也需要將并網(wǎng)時的控制方法轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)后的控制方法。

3.2.2 逆變器并網(wǎng)后的控制方法

逆變器進行并網(wǎng)后，也需要根據(jù)具體的需求來改變控制方法，研究人員要盡自己最大的可能將逆變器的輸出電流改為可以跟隨本地負(fù)載電流的電流變化。例如，可以采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)控制方法，在利用這種方法時，要注意電壓外環(huán)就是根據(jù)逆變器的直流側(cè)電壓與其額定值的差決定的，在電流內(nèi)環(huán)，要注意首先要將本地的負(fù)載電流放大之后作為輸出電流的控制參考值，再向各個不同的電網(wǎng)進行注入，從而達到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最終目標(biāo)。

4 結(jié)語

隨著我國能源的日益短缺的形勢極其嚴(yán)峻，再加上一些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了很多電能供應(yīng)不足的情況，風(fēng)力發(fā)電機的運行與控制研究越來越受到人們的重視，雖然該系統(tǒng)的維護成本比較高，但是風(fēng)力發(fā)電機為我們?nèi)祟悗淼膬?yōu)勢是不可忽視的，鑒于其不僅可以推廣電力的使用，而且可以減少環(huán)境的污染，故將其發(fā)展是非常必要的。

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