風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展綜述

趙鵬+藥煒

【摘要】：國(guó)家在不斷的發(fā)展，社會(huì)在不斷的變化，然而風(fēng)力作為一種新型能源，借助風(fēng)力這種清潔能源發(fā)電可以有效降低能源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電中大量應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，有助于提升中國(guó)風(fēng)力發(fā)電效益，大力推進(jìn)風(fēng)力市場(chǎng)建設(shè)和發(fā)展。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)進(jìn)行分析，從多種角度把握技術(shù)要點(diǎn)，提升風(fēng)力發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電；技術(shù)；發(fā)展；綜述

引言

社會(huì)在發(fā)展，經(jīng)濟(jì)在進(jìn)步，環(huán)境污染、能源短缺等問(wèn)題卻日益凸顯出來(lái)，在一定程度上又開(kāi)始阻礙著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尋求更快速的節(jié)約能源、更穩(wěn)定的清潔能源是當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一，國(guó)家和企業(yè)都給予高度關(guān)注度。電力是十九世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，電力得到更加廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)下我國(guó)經(jīng)濟(jì)賴(lài)以發(fā)展的重要能源之一。由此，風(fēng)力發(fā)電就有著影響極為深遠(yuǎn)的歷史發(fā)展意義。然而，風(fēng)力發(fā)電太靈活，又應(yīng)用太廣，所以在質(zhì)量監(jiān)管方面困難重重，難以普及。本文就如何控制風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量進(jìn)行探討，提出一些建議。

1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)外，尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)較為成熟，隨著替代能源事業(yè)的發(fā)展，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研發(fā)上投入了大量的資金和科研力量，并把各種新材料、新工藝、電子計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電氣化技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)行方面的新成果應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，使風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了極大的進(jìn)不。當(dāng)前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)模型、新型發(fā)電機(jī)、機(jī)組自動(dòng)控制等方面，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足的進(jìn)步，走在了世界前列。尤其是在大規(guī)模利用風(fēng)能方面，海上風(fēng)力發(fā)電、內(nèi)陸大規(guī)模風(fēng)力場(chǎng)建設(shè)等，都已形成了規(guī)模，成為了傳統(tǒng)能源發(fā)電的有效補(bǔ)充。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步于上世紀(jì)50年代，發(fā)展時(shí)間短，主要是小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并經(jīng)歷了一個(gè)停滯期。關(guān)鍵制造工藝和制造材料還無(wú)法全部實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造、電力并網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，還有賴(lài)于進(jìn)口。這就導(dǎo)致我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)的成本較高，核心技術(shù)受制于人，影響了風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展。直到90年代，才進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，進(jìn)入逐步推廣階段，隨即進(jìn)入擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模階段，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和電機(jī)容量不斷增大。

2、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1閃變按捺與電壓動(dòng)搖按捺

除了諧波能影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量之外，電壓閃變也是可以影響電能質(zhì)量的一種主要成分。針對(duì)電壓閃變也有相應(yīng)的設(shè)備來(lái)對(duì)抗，目前主要運(yùn)用的是有源電力濾波器。在電壓閃變出現(xiàn)的時(shí)候，負(fù)荷電流開(kāi)始迅猛劇烈動(dòng)搖，源電力濾波器的敏捷呼應(yīng)、抵償容量小、超高安全安穩(wěn)性功能完全發(fā)揮到了作用，在此時(shí)完成對(duì)無(wú)功電流的抵償作業(yè)，從而超強(qiáng)操控動(dòng)搖的電壓，具有顯著效果。

2.2矢量控制控制

矢量控制主要是在雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大效率利用，此種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立解耦調(diào)節(jié)，抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定控制。但同時(shí)，此種技術(shù)由于轉(zhuǎn)自電流勵(lì)磁分量多少會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定帶來(lái)影響。通過(guò)收集得到的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用現(xiàn)代化智能控制技術(shù)的同時(shí)，還要注重?cái)?shù)據(jù)信息的深層次挖掘，把握數(shù)據(jù)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對(duì)于無(wú)法觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行過(guò)程的有效控制。

2.3儲(chǔ)能技術(shù)的多樣化

儲(chǔ)能技術(shù)是風(fēng)電場(chǎng)保持電壓頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵，其不僅能夠儲(chǔ)存多余的風(fēng)能，還能在適當(dāng)時(shí)機(jī)釋放出所儲(chǔ)存的風(fēng)能，對(duì)風(fēng)速變化帶來(lái)的浪費(fèi)進(jìn)行彌補(bǔ)。目前常用的儲(chǔ)能技術(shù)是鉛酸蓄電池、鎳電池和鋰電池等蓄電系統(tǒng)，這是由其技術(shù)優(yōu)勢(shì)所決定的。但是，更多的儲(chǔ)能技術(shù)如光儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、水儲(chǔ)能、生物儲(chǔ)能等也在不斷進(jìn)步，使風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能技術(shù)呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，也極大的降低了風(fēng)能的浪費(fèi)。

2.4定槳距失速發(fā)電

為了解決發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的并網(wǎng)問(wèn)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(guò)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(guó)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(guò)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(guò)復(fù)雜的葉片結(jié)構(gòu)以及較大的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.5同步風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)最理想的狀態(tài)是同步發(fā)電機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組兩者之間步調(diào)一致、完美結(jié)合。一般情況下，因?yàn)轱L(fēng)速一直是變幻不定的狀態(tài)，所以受之影響的發(fā)電轉(zhuǎn)子也會(huì)有大幅度的搖擺不定，就導(dǎo)致了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)調(diào)速無(wú)法達(dá)到同步發(fā)電機(jī)的精度，很容易出現(xiàn)失步狀況。正是因?yàn)榇嬖谶@一難題，同步發(fā)電機(jī)雖然在一些領(lǐng)域有所涉及，但一直都沒(méi)有大規(guī)模去做推廣應(yīng)用。如何使同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)有效協(xié)調(diào)步調(diào)同步，一直是電力學(xué)方面研討的關(guān)鍵與核心。電力及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家學(xué)者在研發(fā)出可以有效應(yīng)對(duì)此難題的變頻設(shè)備之后，即將其運(yùn)用到同步風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)中并不斷加以完善，在堅(jiān)持不懈的努力之下，同步發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電運(yùn)營(yíng)組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的有機(jī)結(jié)合，前景看好。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，電氣控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用已經(jīng)得到了越來(lái)越多的重視，其地位不容小覷。可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略是我國(guó)所倡導(dǎo)的發(fā)展戰(zhàn)略，這一戰(zhàn)略與過(guò)量使用不可再生的礦物能源是相悖的。所以，可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)與利用是我國(guó)當(dāng)下發(fā)展中的重點(diǎn)問(wèn)題，而目前全世界范圍內(nèi)利用較廣的清潔能源就是風(fēng)能。因此，我們要大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，重視發(fā)電控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的具體應(yīng)用，做好具體的發(fā)展工作成為了今后的一項(xiàng)重要任務(wù)和挑戰(zhàn)。我們要將眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)，因地制宜，不同的地區(qū)采取不同的措施，在各個(gè)方面都做好完善工作，讓發(fā)電電氣控制技術(shù)在風(fēng)力行業(yè)的應(yīng)用更加廣泛。

【參考文獻(xiàn)】：

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