關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機及風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)分析

胡琴洪

【摘要】風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源，可以有效地減少能源消耗，保護生態(tài)環(huán)境，利用風(fēng)能和清潔能源創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。利用大量先進的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，有利于提高我國風(fēng)力發(fā)電的效率，大力推進風(fēng)力市場的建設(shè)和發(fā)展。分析了風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)，從各個角度對風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)要點進行了分析，以提高風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機；風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)

有效利用水、風(fēng)能和太陽能不僅能有效緩解能源危機，促進經(jīng)濟發(fā)展，促進社會進步，而且具有環(huán)境價值。風(fēng)力發(fā)電經(jīng)歷了20年的技術(shù)創(chuàng)新，是新能源發(fā)展的第一階段。我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)仍落后于國外，尤其是大型機的設(shè)計、失速控制和速度調(diào)節(jié)的速度調(diào)節(jié)不成熟。如何提高風(fēng)力發(fā)電機組的性能，簡化風(fēng)力發(fā)電的過程，提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的適應(yīng)性，是風(fēng)力發(fā)電研究的重點。

一、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

（一）定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

定槳距風(fēng)力發(fā)電機組在20世紀(jì)80年代中期開始進入風(fēng)力發(fā)電市場，重點解決了風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題、運行安全性以及可靠性問題。采取軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣制動技術(shù)、偏行和自動解纜技術(shù)。槳葉節(jié)距角在安裝時固定，發(fā)電機的速度受到電網(wǎng)頻率的限制，輸出功率受到槳葉自身特點的限制。風(fēng)速高于額定轉(zhuǎn)速時，槳葉可以通過失速調(diào)節(jié)自動保持額定輸出功率，一般依靠葉片獨有的翼型結(jié)構(gòu)，在遭遇大風(fēng)時，流過葉片背風(fēng)面的氣流發(fā)生絮流，減小葉片氣動效率，影響能量捕獲，出現(xiàn)失速。由于失速是一個非常復(fù)雜的空氣動力學(xué)過程，對于不穩(wěn)定的風(fēng)，很難準(zhǔn)確計算失速效應(yīng)，因此很少在大型風(fēng)力發(fā)電機的控制中使用。

（二）變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

從空氣動力學(xué)的角度來看，當(dāng)風(fēng)速過高時，能夠通過調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距和改變氣流對葉片攻角，進而改變風(fēng)力發(fā)電機組得到的空氣動力轉(zhuǎn)矩，從而使輸出功率保持穩(wěn)定。采用變槳距調(diào)節(jié)方法，風(fēng)機輸出功率曲線平滑。當(dāng)風(fēng)吹時，塔筒、葉片和地基的影響比失速調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機小得多，可以降低材料的利用率，降低整機的重量。它的缺點是需要一個復(fù)雜的變槳距機構(gòu)，需要陣風(fēng)的響應(yīng)速度快到可以減少風(fēng)的波動引起的功率脈動。

（三）變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

變速運行是風(fēng)機葉輪的運行方式，其轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，保持最佳的葉尖速度比和最大的風(fēng)能利用系數(shù)。與恒速風(fēng)力發(fā)電機組相比，風(fēng)速隨風(fēng)速變化的變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在運行中保持最優(yōu)的葉尖速度，獲得最大的風(fēng)能，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化時，風(fēng)速變化較大，提高了系統(tǒng)的靈活性和傳輸能力，使輸出功率更穩(wěn)定，更有動力和功率轉(zhuǎn)矩脈動補償。

二、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制

（一）模糊控制

模糊控制是一種典型的智能控制方法，其最大的特點是專家的經(jīng)驗和知識被表達為控制的語言規(guī)則。它不依賴于受控制對象的精確數(shù)學(xué)模型，能夠克服非線性因素的影響，對被調(diào)節(jié)對象的參數(shù)具有較強的魯棒性。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個隨機非線性系統(tǒng)，因此模糊控制非常適合于風(fēng)力發(fā)電機組的控制。模糊控制在發(fā)電機轉(zhuǎn)速跟蹤、最大風(fēng)能采集、發(fā)電機最大功耗、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)魯棒性等方面取得了良好的控制效果?；\式異步發(fā)電機采用模糊控制機制，通過模糊控制和模糊控制參數(shù)設(shè)置，提高了跟蹤裝置的性能，提高了功率控制的效率；計算光負(fù)載流量，實現(xiàn)發(fā)電機逆變器效率優(yōu)化；在功率偏差和變化時，可以在額定轉(zhuǎn)速下達到最大功率。變速恒頻無刷雙風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊控制模型，實現(xiàn)了較好的魯棒性和抗干擾能力，通過模糊控制實現(xiàn)了最大的風(fēng)能捕捉，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有任意逼近非線性模型的非線性映射能力，其自學(xué)習(xí)和自收斂可作為自適應(yīng)控制器。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測風(fēng)速的變化，根據(jù)以往的風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)?；跀?shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)是現(xiàn)代智能技術(shù)的一個重要方面。研究是基于觀測數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)規(guī)則，并利用這些規(guī)則來預(yù)測未來的數(shù)據(jù)或不可觀測的數(shù)據(jù)，從而有效地控制工業(yè)過程。這些學(xué)習(xí)方法包括模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，可以從操作單元獲得大量重要的數(shù)據(jù)，以研究機組的動態(tài)特性和性能。因此，將上述數(shù)據(jù)驅(qū)動的機器學(xué)習(xí)方法與控制風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相結(jié)合是解決風(fēng)機控制問題的重要途徑之一。

三、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)發(fā)展趨勢

控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用有利于風(fēng)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣，緩解能源壓力，降低資源消耗，提高效率，促進風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模、現(xiàn)代化、智能化發(fā)展。特別是在大型風(fēng)力發(fā)電控制中，可以有效地減少占用土地資源，提高系統(tǒng)的運行能力。變槳距還有變速恒頻技術(shù)通過不斷的改進創(chuàng)新，在實踐運用中能夠降低風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的局限性。特別是直接驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地降低風(fēng)力發(fā)電的成本，提高能源效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，同時避免污染和對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。

四、結(jié)語

綜上所述，風(fēng)能作為一種新型的清潔能源，可以有效地緩解能源危機，促進社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)過不斷的改進和創(chuàng)新，風(fēng)電技術(shù)已逐漸成為新清潔能源的重要組成部分，增速處于第一位，有助于推動社會進步和發(fā)展，帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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