風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)分析

摘 要：我國當(dāng)前的生產(chǎn)發(fā)展對能源有著很高的需求，為了推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，國家開始進(jìn)行風(fēng)能以及太陽能等可持續(xù)能源的開發(fā)建設(shè)，有效的降低了發(fā)展中能源風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在建設(shè)過程中需要使用多種類型的技術(shù)，其生產(chǎn)和控制過程較為復(fù)雜。本文針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其運(yùn)行中的控制技術(shù)進(jìn)行了分析，希望可以推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電建設(shè)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)

引言

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)力的提升使得當(dāng)前的能源使用量不斷提升，風(fēng)能作為可再生能源，是當(dāng)前國家發(fā)展中的重點(diǎn)能源。風(fēng)電場的建設(shè)有效的降低了發(fā)電過程對環(huán)境的污染。要想進(jìn)一步提升風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的質(zhì)量，則技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合發(fā)電需求來優(yōu)化控制管理技術(shù)，提升風(fēng)電生產(chǎn)效率。

1風(fēng)力發(fā)電和控制技術(shù)的發(fā)展介紹

1.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)的必要性

風(fēng)力發(fā)電過程會(huì)受到自然因素的影響，導(dǎo)致發(fā)電效率在不同時(shí)期存在波動(dòng)現(xiàn)象，為了降低不穩(wěn)定的發(fā)電過程對電網(wǎng)運(yùn)行情況的影響，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)優(yōu)化發(fā)電控制系統(tǒng)。當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電控制工作的內(nèi)容包括對機(jī)組的并網(wǎng)過程、輸出功率以及風(fēng)輪運(yùn)行情況進(jìn)行控制，控制人員可以發(fā)現(xiàn)存在的問題并針對故障以及發(fā)電中的不穩(wěn)定情況予以優(yōu)化，保證電能輸出的穩(wěn)定。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，定槳距恒速運(yùn)行技術(shù)和變槳距變速運(yùn)行技術(shù)的使用極大的保證了風(fēng)力發(fā)電過程的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制重點(diǎn)是對發(fā)電機(jī)組的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)風(fēng)速以及風(fēng)向的變化來對發(fā)電過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)功率的穩(wěn)定性，推動(dòng)了現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的建設(shè)發(fā)展。

1.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電建設(shè)現(xiàn)狀

當(dāng)前我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)還處于建設(shè)階段，在技術(shù)的研究中主要是采取引進(jìn)加優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式來推動(dòng)我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前我國已經(jīng)可以自行完成大容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造結(jié)合生產(chǎn)，極大的推動(dòng)了國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的建設(shè)。我國當(dāng)前的風(fēng)電生產(chǎn)技術(shù)可以滿足行業(yè)的發(fā)展需求。因此，為了進(jìn)一步推動(dòng)國家的風(fēng)力發(fā)電建設(shè)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從優(yōu)化發(fā)電過程的控制工作入手，研究更為高效的發(fā)電控制技術(shù)手段，提升風(fēng)力發(fā)電過程的穩(wěn)定性，優(yōu)化發(fā)電質(zhì)量。

2風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

2.1風(fēng)輪控制技術(shù)

風(fēng)輪的運(yùn)行控制是提升風(fēng)力發(fā)電過程的效率的有效措施，有助于降低風(fēng)力發(fā)電過程產(chǎn)生的消耗，提升能量轉(zhuǎn)換效率。在風(fēng)輪控制設(shè)計(jì)中，使用多種現(xiàn)代技術(shù)，多種技術(shù)的互相配合提升了控制質(zhì)量，對風(fēng)力發(fā)電過程質(zhì)量的提升有重要的作用。

2.1.1葉尖速比控制

風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)輪的風(fēng)葉尖端會(huì)在風(fēng)力作用之間轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度被稱作葉尖速。葉尖速比指的是葉尖速和風(fēng)速的比值。在控制過程中，技術(shù)人員會(huì)控制葉尖速比值來優(yōu)化發(fā)電效率。在不同風(fēng)速之下，技術(shù)人員要對發(fā)電效率進(jìn)行記錄和對比，以便確定發(fā)電效率最高的葉尖速比。自然風(fēng)速難以進(jìn)行直接的控制，因此要想保證最佳的葉尖速比，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過對風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩調(diào)整等手段來調(diào)整葉尖速，以此來優(yōu)化葉尖速比，提升風(fēng)力發(fā)電過程的進(jìn)行效率。

2.1.2功率信號反饋控制

風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)輪的發(fā)電功率會(huì)隨著自然風(fēng)速的變化而改變，造成發(fā)電效率的不穩(wěn)定逆行。在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員可以對風(fēng)速以及功率關(guān)系進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出最佳的發(fā)電效率標(biāo)準(zhǔn)，在這一標(biāo)準(zhǔn)之下調(diào)整風(fēng)力發(fā)電參數(shù)，以此來提升發(fā)電質(zhì)量。在實(shí)際的控制設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員可以將最大的發(fā)電功率和實(shí)際輸出功率進(jìn)行對比，以兩者的差值作為參數(shù)來調(diào)整風(fēng)輪槳距，優(yōu)化發(fā)電過程中的風(fēng)輪運(yùn)行功率。這一控制技術(shù)有效的降低了風(fēng)力發(fā)電過程的成本和損耗，但是對于日常數(shù)據(jù)記錄和分析工作有較高的需求，槳距的優(yōu)化需要在對數(shù)據(jù)的全面分析基礎(chǔ)之上進(jìn)行。

2.1.3爬山搜索控制

技術(shù)人員在功率控制過程中會(huì)對發(fā)電過程的效率圖像進(jìn)行分析，將發(fā)電功率控制在最佳功率點(diǎn)，保證發(fā)電過程的高效性。在實(shí)際控制中，由于最佳效率點(diǎn)和當(dāng)前的發(fā)電參數(shù)難以進(jìn)行對比，技術(shù)人員可以適當(dāng)增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以此來改變發(fā)電功率，將功率數(shù)值和最佳效率點(diǎn)的功率數(shù)值對比之后就可以獲知當(dāng)前的轉(zhuǎn)速處在發(fā)電效率曲線上的位置，以此來優(yōu)化發(fā)電參數(shù)。借助這一控制方式，技術(shù)人員可以優(yōu)化轉(zhuǎn)速調(diào)整過程，提升發(fā)電過程的效率。這一控制方式存在的一個(gè)問題是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)整過程效率較低，可能消耗大量的時(shí)間。

2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)與相關(guān)的電力電子變換器控制技術(shù)

2.2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電過程依賴自然風(fēng)來實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)。由于自然環(huán)境中風(fēng)速不穩(wěn)定，因此風(fēng)力發(fā)電建設(shè)中一般會(huì)將風(fēng)輪安置在高度較高的位置，以此來保證風(fēng)速的穩(wěn)定和高效。在實(shí)際的發(fā)電中，為了提升發(fā)電效率，技術(shù)人員會(huì)降低發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪的重量。風(fēng)力發(fā)電中使用的發(fā)電設(shè)備一般是永磁發(fā)電機(jī)，其能源轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)生的損耗小。我國當(dāng)前的技術(shù)實(shí)力已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)模塊化的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造，有助于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。在發(fā)電控制過程中，技術(shù)人員可以采用矢量控制的模式來對發(fā)電機(jī)的電流進(jìn)行控制，降低功率因數(shù)控制工作的進(jìn)行難度，提升控制質(zhì)量。

2.2.2電力電子變換器控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)中，其系統(tǒng)使用的電力電子變換器應(yīng)當(dāng)滿足多種環(huán)境的使用需求，可以滿足當(dāng)前大型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行中的穩(wěn)定性和高效性需求。在風(fēng)力發(fā)電過程中，變換器應(yīng)當(dāng)具備較高的能量轉(zhuǎn)換率，且可以將電能進(jìn)行高效的傳輸，降低傳輸過程產(chǎn)生的電能損耗，改善發(fā)電過程中產(chǎn)生的無功功率，提升風(fēng)力發(fā)電過程中的可靠性和生產(chǎn)效率。在當(dāng)前的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員一般使用整流器來完成對發(fā)電功率的控制，提升發(fā)電效率，降低發(fā)電中產(chǎn)生的武功功率。整流器在使用過程中可以提升有功功率的輸出效率，有助于滿足當(dāng)前發(fā)電中的效率需求。無功功率的存在會(huì)造成發(fā)電過程的損耗，因此，在設(shè)計(jì)優(yōu)化中，技術(shù)人員需要重視對無功功率的補(bǔ)償，抑制在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電中產(chǎn)生的諧波作用。常見的方式是借助電容器來優(yōu)化發(fā)電損耗情況。

結(jié)語

當(dāng)前國家正在推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電是發(fā)電行業(yè)以及能源行業(yè)提升可持續(xù)發(fā)展能力的重要手段。在未來的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員要結(jié)合發(fā)電過程的特點(diǎn)來優(yōu)化發(fā)電控制設(shè)計(jì)，提升風(fēng)力發(fā)電效率，優(yōu)化風(fēng)電能源質(zhì)量，推動(dòng)電力行業(yè)的現(xiàn)代化綠色發(fā)展。

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作者簡介：

董恩雷（1987-08-24），男，漢族， 內(nèi)蒙古滿洲里人，本科，任職于華能呼倫貝爾風(fēng)力發(fā)電有限公司，研究方向：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)。