談風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

李武東

（廣東省風(fēng)力發(fā)電有限公司，廣東廣州510630）

談風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

李武東

（廣東省風(fēng)力發(fā)電有限公司，廣東廣州510630）

隨著科技的日新月異，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，電氣控制技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭更是不容小覷。由于經(jīng)濟(jì)全球化的腳步逐步加快，促使我國的國際地位也有了明顯提升，人們的生活水平有了一定的提高，對(duì)能源的需求量也在飛速上漲。目前，我國正在努力推進(jìn)新能源發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也迎來了全新時(shí)代，為了滿足廣大人們?nèi)找嫔仙哪茉葱枨?，必須將電氣控制技術(shù)與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相融合。主要闡述了電氣控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的具體應(yīng)用實(shí)踐。

風(fēng)力發(fā)電；電氣控制技術(shù)；發(fā)電機(jī)組；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

現(xiàn)如今，科技無界限，電氣控制技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。近年來，國家政策大力推進(jìn)新能源建設(shè)，風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)項(xiàng)目也逐漸發(fā)展起來。但風(fēng)電行業(yè)是一個(gè)比較復(fù)雜的行業(yè)，要想獲得高效率的收益，電氣控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的重要性也就隨之顯現(xiàn)。風(fēng)能是一種新型能源，我們應(yīng)該仔細(xì)考慮如何提高風(fēng)力發(fā)電的整體效益。由此可見，研究風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)的發(fā)展對(duì)目前我國的新能源發(fā)展有著極其重要的意義。

在眾多發(fā)電方式當(dāng)中，風(fēng)力發(fā)電與其他方式相比，可靠性較低，它受到周圍環(huán)境的影響因素較大，比如大氣壓、溫度、濕度等自然因素。所以，在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，我們必須考慮如何降低自然因素對(duì)發(fā)電的影響。風(fēng)力發(fā)電效率的一個(gè)重要考量指標(biāo)就是風(fēng)能利用率。目前，一些規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電葉片廠商會(huì)把發(fā)電機(jī)組的葉片直徑設(shè)置在60～100 m，這樣可以最大限度地提高風(fēng)能利用率。此外，風(fēng)力發(fā)電周圍的環(huán)境都很惡劣，專業(yè)的工作人員無法及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，所以，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的合理監(jiān)控，我們必須重視風(fēng)力發(fā)電電氣控制的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀分析

眾所周知，風(fēng)能是新時(shí)期大力推進(jìn)的新型清潔能源，其優(yōu)點(diǎn)有目共睹，但也具有不可避免的局限性。它的優(yōu)點(diǎn)主要是沒有污染，永遠(yuǎn)不會(huì)衰竭；但其局限性也較大，比如風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性比其他發(fā)電方式弱，且風(fēng)能不能儲(chǔ)存，只能實(shí)地采取。因此，在我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展過程中也遇到了不少問題，主要問題是對(duì)電能、電網(wǎng)質(zhì)量的影響較大，因?yàn)轱L(fēng)的速度和方向變化隨機(jī)。這種隨機(jī)性會(huì)引起負(fù)荷和電能發(fā)生一系列變化。如果電網(wǎng)的規(guī)模較小，其穩(wěn)定性多多少少也會(huì)受到影響；但如果電網(wǎng)規(guī)模較大，就會(huì)影響到電能質(zhì)量。不僅如此，我國目前各大風(fēng)力發(fā)電所的使用設(shè)備也有著不容忽視的局限性，它們的特性一般較為復(fù)雜，所以無法對(duì)其進(jìn)行有效的風(fēng)力發(fā)電控制。更重要的是，我國目前有兩種風(fēng)電系統(tǒng)的模型，分別是線性模型和非線性模型。線性模型一般與傳統(tǒng)的控制方法相結(jié)合，它要想實(shí)現(xiàn)最大量風(fēng)能捕獲，就要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的相關(guān)屬性，這種方法是較為簡單的。但與非線性模型相比，線性模型在工作范圍、環(huán)境等多方面都有很大的不同。如果采用傳統(tǒng)的控制方法，就無法滿足風(fēng)力發(fā)電過程中的各項(xiàng)需求，也就會(huì)阻礙我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

2 風(fēng)力發(fā)電的電氣控制技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 變速風(fēng)力發(fā)電

變速風(fēng)力發(fā)電，顧名思義，就是打破了發(fā)電機(jī)原有的恒速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速大小不同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)就會(huì)得到改變，這樣一來，就可以根據(jù)具體的風(fēng)速來調(diào)整其運(yùn)行過程中的各種不同狀態(tài)，以此得到恒定的發(fā)電頻率。運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)風(fēng)速的不同改變，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，發(fā)電質(zhì)量以及發(fā)電效率會(huì)受到功率的影響，為了避免功率過大對(duì)其產(chǎn)生影響，我們要及時(shí)調(diào)控風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的一系列指標(biāo)；在風(fēng)速較小時(shí)，我們也要力求獲得更多的風(fēng)能來滿足平穩(wěn)的輸出功率。更重要的是，我國不同地區(qū)的風(fēng)速的大小是不同的，其變化規(guī)律也千差萬別。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們逐步深入了對(duì)這一技術(shù)的認(rèn)識(shí)。從現(xiàn)如今的發(fā)展趨勢(shì)看，該技術(shù)是未來發(fā)展的重頭戲。常見的變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要有以下幾類，有籠型異步發(fā)電機(jī)類、永磁發(fā)電機(jī)類、交流勵(lì)磁雙饋型、無刷雙饋發(fā)電機(jī)類以及磁場(chǎng)調(diào)制型等。它們的主要特點(diǎn)是風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較高，可以實(shí)現(xiàn)較好的柔韌性連接。此外，它們還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率、輸出功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)變槳距的過程也更加簡單，但轉(zhuǎn)速的運(yùn)行范圍依然較大，這些特點(diǎn)均可以有效提高發(fā)電機(jī)組的功率質(zhì)量。因此，我們要拋棄傳統(tǒng)的恒速發(fā)電技術(shù)，實(shí)行變速發(fā)電。這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在我國不同地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電廠得到廣泛應(yīng)用，是風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)發(fā)展中的必經(jīng)之路。

2.2 混合失速發(fā)電

混合失速發(fā)電又稱為主動(dòng)失速發(fā)電，槳距角根據(jù)具體的情況會(huì)有不同的變化，以此來控制不同條件下的風(fēng)能捕獲量和速度。但這個(gè)技術(shù)還有很大的上升空間，它的缺點(diǎn)是有可能會(huì)導(dǎo)致失速現(xiàn)象的發(fā)生，這樣會(huì)對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電的功率造成很大的影響，風(fēng)力發(fā)電廠也更加難以控制其發(fā)電效益。所以，電氣控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電的具體應(yīng)用過程當(dāng)中，我們要彌補(bǔ)主動(dòng)失速技術(shù)的缺陷，積極改進(jìn)其不足的地方，從而最大限度地提高風(fēng)力發(fā)電的效益。

2.3 定槳距失速發(fā)電

為了解決發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中的并網(wǎng)問題，在1985年，定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐步應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)當(dāng)中。發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中非常重要的一項(xiàng)因素就是定網(wǎng)。為了有效地將其作用率提高，我國技術(shù)人員投入了很多的精力，最終將定槳距失速的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電相結(jié)合，并將新的發(fā)電技術(shù)與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)相結(jié)合，這樣做可以有效穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行軌跡。我們從中可以看出，該技術(shù)的一項(xiàng)非常重要的目的就是進(jìn)行功率限制，因此，其自身的構(gòu)造較為復(fù)雜，且體積和質(zhì)量較大，即使可以達(dá)到限制功率的目的，整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行效率也難以得到保證。所以，在這項(xiàng)工作的推進(jìn)過程中，它的一項(xiàng)主要工作就是進(jìn)行功率限制。功率限制主要是通過復(fù)雜的葉片結(jié)構(gòu)以及較大的質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)的。但這無疑會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組的整體運(yùn)行效率造成影響，在風(fēng)力級(jí)數(shù)較高的地區(qū)當(dāng)中，這項(xiàng)技術(shù)還沒有得到廣泛應(yīng)用。所以，在將來的風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)中，我們要考慮如何才能在風(fēng)力較大的地區(qū)運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)。

TM614

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.147

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