風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)研究

許喬

摘要：風(fēng)力發(fā)電是形成清潔能源的主要方式，滿足現(xiàn)今我國能源發(fā)展綠色、環(huán)保的要求。為了能夠獲得更好的發(fā)電效果，做好控制技術(shù)的應(yīng)用十分關(guān)鍵。在本文中，將就風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)；研究

1 引言

在社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，對(duì)于能源也具有了更大的需求。在新的發(fā)展背景下，做好可再生能源的開發(fā)十分重要，包括有水能、潮汐能以及風(fēng)能等。其中，風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)今綠色發(fā)電當(dāng)中的一項(xiàng)主要技術(shù)，需要能夠做好其技術(shù)的應(yīng)用把握。

2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電

2.1 恒速恒頻發(fā)電技術(shù)

在恒速橫頻發(fā)電中，通常通過籠型異步為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)力機(jī)傳給電機(jī)后，其功率會(huì)存在隨著風(fēng)速不斷增加的情況，且輸出功率也具有增加的特點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度超出同步轉(zhuǎn)速5%時(shí)，則具有最大的輸出功率。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速超出該值時(shí)，異步發(fā)電機(jī)則將因此進(jìn)入到一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)當(dāng)中，并因此形成較小的反轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而形成較高的轉(zhuǎn)速。同時(shí)恒速風(fēng)力機(jī)在轉(zhuǎn)速不變的情況下，風(fēng)速經(jīng)常發(fā)生變化，則會(huì)使風(fēng)能利用值存在過高的情況，以此使電機(jī)處于低效狀態(tài)。

2.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電

對(duì)于變速恒頻發(fā)電技術(shù)來說，其非常適合應(yīng)用在水力以及風(fēng)力等能源開發(fā)領(lǐng)域中。對(duì)于風(fēng)能來說，其是一種爆發(fā)性、不穩(wěn)定性以及隨機(jī)性特點(diǎn)的能源。對(duì)于恒速恒頻方式來說，其僅僅能夠運(yùn)行在固定的轉(zhuǎn)速中，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)能捕獲率也間隨之下降，進(jìn)而對(duì)風(fēng)能資源產(chǎn)生了較大的浪費(fèi)。而通過對(duì)變速恒頻發(fā)電方式的應(yīng)用，則能夠聯(lián)系最大風(fēng)能要求對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，在保證其始終在最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)對(duì)發(fā)電效率進(jìn)行提升。在變頻恒速系統(tǒng)中，風(fēng)力在變化的過程中則會(huì)將多余能量在機(jī)械慣性中存儲(chǔ)，以此對(duì)機(jī)械應(yīng)力、疲勞損害情況進(jìn)行減少，能夠有效的提升使用壽命。同時(shí)，能夠控制機(jī)組的無功功率以及有功功率，以此有效的改善機(jī)組動(dòng)態(tài)性能，且能夠?qū)﹄娋W(wǎng)同機(jī)組間的柔性連接目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

3.1 交-直-交發(fā)電技術(shù)

該技術(shù)是一套風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)在發(fā)電機(jī)之間具有變頻率以及變壓器，在風(fēng)速變化的過程當(dāng)中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也將隨之發(fā)生變化，對(duì)頻率變化的電流進(jìn)行發(fā)出。交流電在傳輸中，在通過整流器對(duì)其進(jìn)行直流的處理，之后經(jīng)過逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)恒定頻率交流電的轉(zhuǎn)換，之后將電能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的輸送。

3.2 變速橫頻發(fā)電系統(tǒng)

在該系統(tǒng)當(dāng)中，由雙向變換器、控制電路以及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)這幾部分組成。其中，發(fā)電機(jī)定子并到電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子通過進(jìn)線電抗器、勵(lì)磁變換器同電網(wǎng)連接。在具體工作當(dāng)中，風(fēng)力機(jī)先將風(fēng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，之后經(jīng)過機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的的傳遞。在該過程中，共具有兩個(gè)變換器向轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)適合勵(lì)磁電流的提供，通過該方式對(duì)機(jī)械能對(duì)于電能的轉(zhuǎn)化目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，之后通過定子繞組實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的輸送。在該方案應(yīng)用當(dāng)中，即在轉(zhuǎn)子電路中實(shí)現(xiàn)變速橫頻控制目標(biāo)，在此過程中，流過轉(zhuǎn)子電路的功率也是電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍具有關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)差功率，其僅僅是定子額定頻率的一部分，并因此在成本方面具有了較大的降低。在交流勵(lì)磁雙饋型異步發(fā)電機(jī)中，所具有的控制方案在對(duì)變換器容量減少、對(duì)變速橫頻控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的同時(shí)在磁場(chǎng)矢量控制下也能夠?qū)、Q解耦控制目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以此對(duì)于電網(wǎng)即能夠?qū)崿F(xiàn)無功補(bǔ)償作用的發(fā)揮。

3.3 風(fēng)輪控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，要想獲得更高的轉(zhuǎn)化率，即需要能夠在獲取風(fēng)能當(dāng)中的消耗量進(jìn)行降低。對(duì)于風(fēng)輪來說，其控制技術(shù)有：第一，葉尖速比控制。在風(fēng)力影響下，風(fēng)輪葉尖端的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度即為葉尖速，葉尖速同該時(shí)段風(fēng)速之間的比值即是葉尖速比。在實(shí)際控制中，即需要能夠?qū)υ摫戎颠M(jìn)行控制，通過該方式實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化。在風(fēng)速差異影響下，即需要能夠在該基礎(chǔ)上對(duì)最佳的葉尖速比進(jìn)行確定，在此過程中，因不能夠?qū)ψ匀伙L(fēng)的大小、速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，即需要通過對(duì)葉尖速的調(diào)整實(shí)現(xiàn)功能，包括調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩等，以此在對(duì)風(fēng)輪邊緣速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)葉尖速比的優(yōu)化目標(biāo)；第二，功率信號(hào)反饋控制。該方式在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中能夠?qū)︼L(fēng)輪的功率信號(hào)進(jìn)行控制。在具體風(fēng)輪運(yùn)行中，條件在變化的過程中也將改變其實(shí)際條件，這也是應(yīng)用功率信號(hào)反饋控制方式的基礎(chǔ)。在具體工作中，要通過對(duì)功率關(guān)系的分析繪制最大功率曲線。在實(shí)踐中，通過系統(tǒng)實(shí)際輸出功率同最大功率間的比較，即能夠獲得兩者之間的差值，以此為基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)輪漿矩進(jìn)行控制，保證具有最大的風(fēng)輪運(yùn)行效率。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)刂瞥杀具M(jìn)行有效的降低；第三，爬山搜索控制。在該方式中，即控制風(fēng)機(jī)的功率點(diǎn)，其整個(gè)圖形類似拋物線，拋物線的最高位置即是其所具有的最大功率點(diǎn)。如果在實(shí)際工作當(dāng)中無法確定工作點(diǎn)位置，則可以對(duì)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?，通過該方式對(duì)系統(tǒng)輸出直流功率進(jìn)行改變。

3.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)能是發(fā)電的重要能量來源。當(dāng)同地面具有較大距離時(shí)，風(fēng)力更大，對(duì)此，即需要能夠在高空位置完成能量轉(zhuǎn)化任務(wù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)以及相關(guān)設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中需要對(duì)工作效率進(jìn)行盡可能的提升，以此實(shí)現(xiàn)其重量的減輕。對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)來說，其在實(shí)際運(yùn)行中具有較高的效率與損耗，在現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用廣泛，在現(xiàn)今工作中，可以通過模塊化方式的應(yīng)用制造電機(jī)，以此降低制作成本。同時(shí)，在對(duì)系統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，也可以對(duì)矢量控制方式進(jìn)行應(yīng)用，該方式在實(shí)際應(yīng)用中，即能夠有效的解除交軸以及直軸電流耦合，通過該方式降低功率因數(shù)控制難度。

3.5 電子變換器控制技術(shù)

電力電子變換器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中具有重要的作用，其具有較廣的適用面，能夠應(yīng)用在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。在實(shí)際轉(zhuǎn)換中具有較高的能量轉(zhuǎn)換率，在完成轉(zhuǎn)換后也具有較高的傳輸效率，能夠有效的改善功率因素，在安全性以及可靠性方面也具有較好的表現(xiàn)。在風(fēng)電系統(tǒng)中對(duì)PWM整流器的應(yīng)用，即能夠有效控制系統(tǒng)最大功率。在具體應(yīng)用中，通過該方式的應(yīng)用也能夠有效解除有功同無功功率間的耦合情況，以此獲得較好的無功功率。此外，該設(shè)備在應(yīng)用中也能夠最大化功率輸出量，在設(shè)置直流環(huán)節(jié)的情況下對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.6 無功功率補(bǔ)償

受到感性元件影響，系統(tǒng)當(dāng)中的無功功率也將存在一定的消耗情況。當(dāng)電壓經(jīng)過感應(yīng)元件時(shí)，因僅僅為無功功率存在消耗，此時(shí)在感應(yīng)元件兩端的電壓則不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)電壓值較高時(shí)，則具有較大的電流經(jīng)過感應(yīng)元件，以此對(duì)元件設(shè)備造成損壞。此時(shí)，即需要應(yīng)用無功功率補(bǔ)償方式，以此起到抑制諧波作用的效果。

4 結(jié)束語

在上文中，我們對(duì)風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。在實(shí)際工作開展當(dāng)中，即需要能夠充分聯(lián)系風(fēng)力發(fā)電實(shí)際做好對(duì)應(yīng)控制技術(shù)的選擇與應(yīng)用，在不斷提升風(fēng)力發(fā)電水平的情況下使我國電力事業(yè)獲得更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]喻挺.風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進(jìn)展探究[J].智能城市.2018（18）

[2]閆豪，李君略.信息化控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].電子技術(shù)與軟件工程.2018（03）

[3]柳溪.工廠電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在生產(chǎn)工作中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2017（07）

[4]廖小洋.自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技.2016（12）

（作者單位：國電山西潔能有限公司）