風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)研究

張家輝

摘要：我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平在不斷提高，但是仍舊有許多問題亟待解決，所以要正視目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)存在的問題，積極爭取社會(huì)各方的支持，在原有的基礎(chǔ)上不斷突破創(chuàng)新，投入一定的資金，不斷完善相關(guān)政策，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的良性發(fā)展，讓風(fēng)力發(fā)電技術(shù)真正成為我國電力供應(yīng)的主流技術(shù)。文本針對風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電技術(shù);控制技術(shù);發(fā)展

隨著我國新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了快速發(fā)展時(shí)期，為最大限度的提高風(fēng)力發(fā)電效能，就要對其控制技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

一、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)分析

（一）風(fēng)輪控制技術(shù)

1、葉尖速比控制

在風(fēng)力發(fā)電的情況下，風(fēng)輪的風(fēng)葉尖端的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度就叫做葉尖速。而葉尖速比就是指葉尖速和該時(shí)間段風(fēng)速的比值。提示葉尖速比率控制方法是有效地控制提示葉尖速比率，從而優(yōu)化風(fēng)扇系統(tǒng)?？紤]到風(fēng)速不同，在此基礎(chǔ)上確定最佳的葉尖速率是因?yàn)闊o法調(diào)整和控制自然風(fēng)的速度、風(fēng)力的大小，所以要實(shí)現(xiàn)控制功能，必須調(diào)整和更改葉尖速度，包括調(diào)整風(fēng)輪扭矩，以調(diào)整風(fēng)車最外部邊緣的速度，從而優(yōu)化葉尖速率。

2、功率信號(hào)反饋控制

通過這種方法控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)。風(fēng)輪運(yùn)行時(shí)，其功率隨條件的變化而變化，這是電力信號(hào)反饋控制方法的應(yīng)用依據(jù)。分析功率關(guān)系以繪制最大功率曲線，然后在此基礎(chǔ)上執(zhí)行后續(xù)操作。在具體實(shí)踐過程中，將最大功率與系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率分析進(jìn)行比較，得出差異，然后相應(yīng)地調(diào)整滾輪力矩，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作功率最大化。這種方法可以有效地降低控制成本，但值得注意的是，在風(fēng)扇每天的工作過程中獲得最大功率曲線是一個(gè)技術(shù)問題。

（二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)與相關(guān)電力電子變換器控制技術(shù)

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)

風(fēng)力是風(fēng)力的能源，由于風(fēng)力在高于地面的地方比較大，所以需要在高空進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。發(fā)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備應(yīng)盡可能提高生產(chǎn)率和減輕重量。永磁發(fā)電機(jī)損耗小，效率高，因此在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，為了降低制作費(fèi)用，可以模塊化制造發(fā)電機(jī)。

2、電力電子變換器控制技術(shù)

對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電力電子轉(zhuǎn)換器必須具備以下特性：它具有廣闊的使用面，可在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中高效使用。轉(zhuǎn)換風(fēng)能時(shí)能量交換率高，轉(zhuǎn)換完成后傳輸效率也高。可以對無功電源執(zhí)行有效條件，從而實(shí)現(xiàn)電源元素的改善。提供高可靠性和安全性。在保證高工作效率的同時(shí)，擁有廣泛的電力范圍。設(shè)備成本不高，經(jīng)濟(jì)合理。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中使用PWM整流器可以有效地控制系統(tǒng)的最大功率。使用適配器時(shí)，通過矢量控制取消有效功率和無效功率的組合，從而使生成的無效功率滿足操作要求。

（三）風(fēng)能發(fā)電中的諧波消除與無功功率補(bǔ)償

1、諧波消除

諧波對實(shí)際運(yùn)行階段風(fēng)力發(fā)電的影響包括發(fā)電機(jī)鐵損、銅損的增加，以及發(fā)電機(jī)上的超同步諧振。電源設(shè)備運(yùn)行時(shí)，諧波會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生熱故障，從而干擾系統(tǒng)的正常工作。影響傳感器精度的控制電路和保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)無工作狀態(tài)：電子設(shè)備損壞造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。消除諧波的方法包括：首先，使用電力轉(zhuǎn)換器等電力裝置，使相位和諧波相互抵消。第二，諧波可以增加無功功率，合理調(diào)整電容器組以改變無功功率，并減少諧波對其影響的影響。最后用三角形連接，最大限度地減少諧波流入。還可以根據(jù)實(shí)際情況添加過濾器。

2、無功功率補(bǔ)償

受感知組件的影響，電力系統(tǒng)的無功可能會(huì)導(dǎo)致消耗現(xiàn)象。電壓通過感知元件只會(huì)消耗無效的電力，因此感知元件兩端的電壓不會(huì)變更，如果電壓較高，感知元件會(huì)有大電流通過，從而可能會(huì)損壞元件設(shè)備。在這種情況下，應(yīng)該抑制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和諧波作用。

二、風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)的發(fā)展

（一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)極其重要，它是決定發(fā)電機(jī)組可以快速運(yùn)行的關(guān)鍵，以下是幾條原因：1、風(fēng)力機(jī)得到的風(fēng)能是不能控制的，有些隨意。因?yàn)槠綍r(shí)的風(fēng)速的方向和大小受大氣和地形的影響而變得隨機(jī)和難控制。2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的的的風(fēng)輪有很大的慣性，因?yàn)樗娜~片直徑在一定范圍內(nèi)，更好地利用了風(fēng)能。3、自動(dòng)控制在多方面也能更好地被利用，比如在風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)和脫網(wǎng)時(shí)。4、風(fēng)力發(fā)電所需的風(fēng)力所在的地方都是比較偏遠(yuǎn)的，一般在海邊，工作人員想采用無人近距離的監(jiān)控的方法來控制比較隨機(jī)的風(fēng)力，這就需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變得更好。有些技術(shù)在應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的領(lǐng)域后，其它的控制技術(shù)也在不斷的發(fā)展。并且，控制方式也不再單一，向著多方面發(fā)展。定槳距型風(fēng)力機(jī)就是槳葉與輪轂的連接是無法改變的。當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，用失速特性，限制發(fā)電機(jī)的功率就是失速性。而失速特性是氣流的攻角達(dá)到一定時(shí)，就會(huì)有渦流。失去調(diào)節(jié)型有許多優(yōu)勢，因?yàn)橥饨缫蛩馗淖冚敵龉β蕰r(shí)，利用槳葉的被動(dòng)失速調(diào)節(jié)不做任何控制，極大地簡化了系統(tǒng)。但是它的葉片很重，有些部件所受的力有些大，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率很低，也會(huì)造成重要的部件被損壞。近年來，我國找到了一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，也就是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，它的很多性質(zhì)都不受到外界影響。它同恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比較，其優(yōu)勢是能在風(fēng)速低時(shí)跟蹤風(fēng)速變化，在使用過程中可以更好的使葉尖速比達(dá)到適中，在風(fēng)速比較快時(shí)，可以使機(jī)組正常地運(yùn)作。前者用變槳距調(diào)節(jié)和勵(lì)磁控制使得正常運(yùn)作。在風(fēng)機(jī)發(fā)電控制技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中，輸出功率比額定功率大時(shí)，機(jī)組就會(huì)利用風(fēng)速來改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，達(dá)到最優(yōu)的葉尖速比。該機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是使額定功率得以保證并且輸出功率趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

（二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略的發(fā)展

風(fēng)力發(fā)電需要風(fēng)能，但是風(fēng)能比較隨機(jī)它的大小和方向不可控，就會(huì)使得葉片改變方向，葉尖速比也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)力機(jī)的效率也會(huì)降低，輸入功率也會(huì)受到影響，更嚴(yán)重的，會(huì)使得其不穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的部件有柔性，可以減小壓力，不過，會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜會(huì)使有的模塊震動(dòng)。現(xiàn)如今，控制器有兩類，一是傳統(tǒng)控制，二是現(xiàn)代控制。前者的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)模型，可以更好的提高風(fēng)能的利用率。但在變化過快時(shí)，就沒辦法發(fā)揮到最好。

三、結(jié)語：

隨著國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國風(fēng)力產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入跨越式發(fā)展階段。風(fēng)力發(fā)電具有可再生、能源帶、無公害等特點(diǎn)，同時(shí)我國風(fēng)能儲(chǔ)量大而廣泛分布，具有很大的發(fā)電潛力，因此風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)成為必然的趨勢。做好風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的研究是非常重要的。

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