互聯(lián)網(wǎng)背景下風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)展望探討

劉學(xué)強

（重慶海裝風(fēng)電工程技術(shù)有限公司，重慶 401120）

在全球應(yīng)對氣候變化背景下，可再生能源在各國制定的減緩目標中將起到越來越重要的作用。面對能源短缺的局面，走能源可持續(xù)發(fā)展道路成為歷史的必然，風(fēng)能作為最有開發(fā)利用前景和技術(shù)最成熟的一種新型可再生能源，在解決全球氣候變暖的問題、促進低碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、提高國家能源安全等方面具有重要的戰(zhàn)略意義。在我國，風(fēng)力發(fā)電有效減緩了我國煤電能源不足的狀況，能夠有效彌補可能出現(xiàn)的能源應(yīng)缺口。由于科技的進步和發(fā)展以及人們對電能需求量的增加，表明發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)要不斷革新，通過相關(guān)的機械設(shè)備以及技術(shù)等將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為但能，保證電力系統(tǒng)能夠安全、有效的運轉(zhuǎn)起來，不斷滿足人們對電能的使用需求。

1 風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)設(shè)計多學(xué)科多領(lǐng)域，是一項綜合性高技術(shù)的系統(tǒng)工程。

1．1 風(fēng)力發(fā)電機組機型及容量的發(fā)展

我國傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機有籠型異步發(fā)電機、繞線式異步發(fā)電機、有刷雙饋異步發(fā)電機、同步發(fā)電機，傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機存在的缺點是不能有效的利用風(fēng)能，效率較低；運行可靠性較差，易受到環(huán)境的影響。而現(xiàn)階段我國新型發(fā)電機有開關(guān)磁組發(fā)電機，具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強、能量密度高的特點，常用于小型（≤30kW）的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中；全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機，完成原始創(chuàng)新，與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機相比，能夠有效提高風(fēng)能的利用率和發(fā)電效率，為社會帶來廣大的經(jīng)濟效益，利于風(fēng)能經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。

1．2 風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)的發(fā)展

保障風(fēng)力發(fā)電機組高效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)的控制技術(shù)，能夠有效提高風(fēng)能利用率。我國風(fēng)能資源主要分布在東北、華北、西北地區(qū)豐富帶，如達坂城、阿拉山口等地區(qū)，這些地區(qū)普遍環(huán)境較為惡劣，對于靠近沿海地帶的風(fēng)能資源，更是對風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)可靠性提出了較高的要求?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，尤其是互利聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍不斷擴大，為風(fēng)電機組控制技術(shù)的改良提供了有效思路，將計算機技術(shù)與先進的控制技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域，能夠促進并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的快速發(fā)展。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理是促使葉輪轉(zhuǎn)動從風(fēng)能到機械能的轉(zhuǎn)化，從而帶動發(fā)電機從機械能向電能的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的電能并入供電企業(yè)和居民使用。

2 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于受到風(fēng)力資源分布不平衡的影響，我國北部地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為薄弱，風(fēng)力發(fā)電會受到風(fēng)速的影響，具有隨機性、不確定性的特點，且不具備介入大量風(fēng)電的硬性條件，會對電力系統(tǒng)造成嚴重影響?，F(xiàn)階段從系統(tǒng)持續(xù)運行的角度考慮，對風(fēng)電機組的運行提出了較高水平的要求，即能夠在一定故障下，依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)背景，能夠持續(xù)運行，保證電網(wǎng)運行達到最優(yōu)狀態(tài)。雖然我國的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步較晚，但依賴于我國政府的政策支持下，風(fēng)電發(fā)展技術(shù)也在不斷進步，但風(fēng)電技術(shù)仍在存在不足，且存在風(fēng)電系統(tǒng)容量在電網(wǎng)中所在比重較小，影響效果不明顯，再加上風(fēng)電并網(wǎng)系還未完善建立，這些均表明，我國的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展還有很長的路要走。

3 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)存在的研究問題

3．1 低電壓穿越

風(fēng)能是一種隨機性較強的清潔性能源，不能對其進行隨意調(diào)控，而大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電介入會給電網(wǎng)系統(tǒng)造成許多不利影響。低電壓穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障時，應(yīng)用相關(guān)電子技術(shù)保證電網(wǎng)的安全運行。目前，國內(nèi)并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電機主要是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機兩類，二者均能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機組在電網(wǎng)故障時的低電壓穿越功能，有效保證電網(wǎng)的有效運行。但面對電網(wǎng)中存在的各種故障，現(xiàn)有的解決方案并不能滿足低電壓穿越的條件，從而制約了風(fēng)電并網(wǎng)的發(fā)展。

3．2 風(fēng)電功率

鑒于風(fēng)能的波動性和隨機性，進行風(fēng)能預(yù)測就顯得十分重要，能夠有效保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?，F(xiàn)有的風(fēng)能預(yù)測方法：（1）時間序列法，根據(jù)歷史風(fēng)能數(shù)據(jù)對短期風(fēng)能進行評估和預(yù)測；（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對非線性較強的模型產(chǎn)生的預(yù)測效果十分顯著，具有自學(xué)習(xí)自適應(yīng)特性；（3）基于數(shù)值天氣預(yù)報對中長期風(fēng)能預(yù)測的一種有效方法。為更好地促進風(fēng)能的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，根據(jù)不同預(yù)測方法進行風(fēng)能預(yù)測具有重要意義。

3．3 電力電子設(shè)備及控制技術(shù)

電力電子設(shè)備的更新?lián)Q代，以及控制技術(shù)的不斷完善和更新，有利于促進風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。重視對電力電子設(shè)備以及控制策略的有效研究，能夠有效解決風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的相關(guān)問題，如風(fēng)力機轉(zhuǎn)速控制、變流器所產(chǎn)生的的諧波等。

4 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

由于國際上對新能源的開發(fā)和利用廣泛關(guān)注，以及隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對能源需求量也在不斷上升，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，目前并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)呈現(xiàn)的發(fā)展趨勢如下：（1）海上風(fēng)電場技術(shù)：眾所周知，海上風(fēng)力資源比起內(nèi)陸風(fēng)力資源較為豐富，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，且風(fēng)電技術(shù)受環(huán)境的影響較小，能夠有效促進海上風(fēng)電發(fā)展，但不可避免存在的一些技術(shù)性難題還有待解決，如風(fēng)電系統(tǒng)保護和維保技術(shù)、海上風(fēng)電場運輸技術(shù)以及海上風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制技術(shù)等，若能夠得到有效解決，對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。（2）并網(wǎng)技術(shù)和最大風(fēng)能捕獲技術(shù)的研究：針對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究，重點應(yīng)當放在并網(wǎng)技術(shù)后發(fā)電的轉(zhuǎn)速控制能否達到最優(yōu)，為進一步提高風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性，要不斷對并網(wǎng)開關(guān)的閉合進行有效調(diào)控。實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲主要依賴于不斷調(diào)節(jié)發(fā)電機扭轉(zhuǎn)功率和槳距來實現(xiàn)的，能夠有效促進風(fēng)電風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。（3）大容量風(fēng)電系統(tǒng)的研發(fā)：針對能源需求量的逐漸增加，兆瓦級大容量機組已成為發(fā)展趨勢，能夠有效提高發(fā)電設(shè)備的利用率，有效減少資源浪費，實現(xiàn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟利益最大化。但目前針對大容量機組的研究存在許多困難，容量的增加，意味著要對風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備、材料以及相應(yīng)的控制技術(shù)提出改進，加大了工作難度?，F(xiàn)階段直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機和多極永磁發(fā)電機的設(shè)計時目前作為參考的主要對象，對未來大容量機組的設(shè)計提供了重要指導(dǎo)。

5 展望

近年來，風(fēng)能需求量的不斷增加，致使對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量提出相應(yīng)改進，能夠更好地提高風(fēng)能利用率。根據(jù)我國的實際情況，為進一步提高風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的可靠性，需要重視海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、風(fēng)場協(xié)調(diào)控制技術(shù)等，不斷增加電網(wǎng)內(nèi)部的穩(wěn)定性和可靠性，不斷攻克技術(shù)性難關(guān)，為新能源的開發(fā)利用奠定重要基礎(chǔ)。