關于風力發(fā)電機及風力發(fā)電控制技術分析

張鵬波 邊麗娜 姚露

摘? 要：近年來，經(jīng)濟快速發(fā)展，社會不斷進步，隨著全球氣候環(huán)境變化導致大氣層遭到破壞，而地球上一些礦產(chǎn)資源消耗嚴重等現(xiàn)象，使得人們對環(huán)境保護以及自然能源節(jié)約意識越來越強烈，而發(fā)展可再生能源則成為解決這些問題的關鍵所在，作為新型能源出現(xiàn)的風能，由于其成本效益和資源的有效性較高，風電技術的發(fā)展速度遠遠超過預期水平，在發(fā)電領域發(fā)揮著重要作用，越來越受到廣泛的運用。本文分析了風力發(fā)電技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合我國風力發(fā)電技術存在的問題，對風力發(fā)電電氣控制技術的發(fā)展進行了探討，旨在為我國風力發(fā)電電氣控制技術的發(fā)展助力。

關鍵詞：風力發(fā)電機;風力發(fā)電;控制技術

引言

隨著人類社會的不斷進步與發(fā)展，能源過度消耗和環(huán)境污染等問題也變得越來越嚴重。作為常規(guī)能源的天然氣、石油、煤炭屬于不可再生能源，儲備有限，使用過程中還會有嚴重的大氣污染。因此，可再生能源的開發(fā)利用越來越受到世界各國的重視。隨著國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國風電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)邁入跨越式發(fā)展階段。風電有著可再生、能量大、無污染等特點，同時我國風能儲備量大，分布廣泛，有著非常大的開發(fā)潛力，所以發(fā)展風電能源已經(jīng)成為一種必然趨勢。做好風力發(fā)電及其控制技術的研究，具有十分重要的意義，本文就此展開了相關分析和研究。

1風力發(fā)電機

風力發(fā)電是一種緩解能源危機的有效手段，以其獨特的優(yōu)勢得到了世界各國廣泛的關注和重視。傳統(tǒng)風力發(fā)電機主要壟型異步發(fā)電機、有刷雙饋異步發(fā)電機和同步發(fā)電機等等。其中，壟型異步發(fā)電機主要是借助電容器實現(xiàn)無功補償，高于同步轉(zhuǎn)速附近恒速運轉(zhuǎn)，使用定槳距失速促使發(fā)電機運行。有刷雙饋異步發(fā)電機在實際運用中可以有效降低功率變化器功率。同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，軸向尺寸較小，更適合應用在啟動力矩大的電機并網(wǎng)中。對風力發(fā)電機不斷創(chuàng)新和完善，當前新型風力發(fā)電機中包括無刷雙饋異步發(fā)電機、永磁無刷同步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機等等。其中，無刷雙饋異步發(fā)電機自身優(yōu)勢較為突出，結(jié)構(gòu)簡單，裹在能力強，運行效率更高、更可靠，可以有效改善傳統(tǒng)標準型雙饋電機運行的缺陷和不足，同時兼并壟型異步發(fā)電機的優(yōu)勢。

2風力發(fā)電機及風力發(fā)電控制技術分析

2.1優(yōu)化圖紙并制訂合理的施工方案是風力發(fā)電電氣控制技術

風力發(fā)電施工工作進行前，需要設計并繪制詳細的圖紙，而繪制圖紙則需要做出相應的準備工作，對施工現(xiàn)場進行實地考察，分析施工場地的氣候變化，對風力、風量情況進行監(jiān)測，施工場地的地形環(huán)境也需要進行測量，結(jié)合影響施工質(zhì)量和進度的因素進行圖紙優(yōu)化，不斷改進，在施工過程中進行合理地調(diào)整;詳細的設計圖紙優(yōu)化完成后，將圖紙交予施工部門進行二次分析并制訂合理的施工方案，施工部門根據(jù)圖紙要求還需要對施工場地進行實地測量，嚴格審核，找出圖紙與現(xiàn)場有偏差的地方，確保這些問題不會影響施工質(zhì)量及施工進度，將影響施工質(zhì)量和進度的問題與設計問題溝通，及時做出調(diào)整，合理修改不合理的環(huán)節(jié)，確保施工圖紙滿足施工質(zhì)量要求，對施工過程中可能出現(xiàn)的問題先期進行有效控制，編制出科學高效的施工組織設計，使施工方案更科學合理、高效化，具有針對性、操作性、可行性、先進性的特點。

2.2風輪控制技術

①通過功率信號反饋進行控制。風輪在運行狀態(tài)下，功率和實際風力條件的變化一致，分析功率關系，繪制最大功率的曲線圖，就可以通過功率信號來控制風輪運行。實際操作過程中，還要比較最大功率和系統(tǒng)的客觀輸出功率，獲得二者的差值，然后再調(diào)整風輪的槳距，最大限度的提高風輪的運行效率。這種控制技術的成本較低，但缺點是很難在風機運行的狀態(tài)下獲得最大功率的曲線。②葉尖速比的管控。在風力的影響下，風輪中的風葉尖端在轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生線速度，即葉尖速。葉尖速比用來表示葉尖速以及時間范圍內(nèi)的風速比值?？刂迫~尖速比值就能很好的控制葉尖速比，繼而控制風機運行。由于風速不一致，因此很難明確最理想的葉尖速比，所以要適度改變?nèi)~尖速，調(diào)節(jié)好風輪的轉(zhuǎn)矩，以更好的調(diào)整風輪外邊緣速度，以優(yōu)化葉尖速比。

2.3矢量控制控制

矢量控制主要是在雙饋電機控制系統(tǒng)中應用，實現(xiàn)風能的最大效率利用，此種技術可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立解耦調(diào)節(jié)，抗干擾能力強，可以實現(xiàn)風力發(fā)電機組的穩(wěn)定控制。但同時，此種技術由于轉(zhuǎn)自電流勵磁分量多少會對發(fā)電機組運行穩(wěn)定帶來影響。通過收集得到的數(shù)據(jù)信息，應用現(xiàn)代化智能控制技術的同時，還要注重數(shù)據(jù)信息的深層次挖掘，把握數(shù)據(jù)規(guī)律，在此基礎上對于無法觀測的數(shù)據(jù)進行預測和分析，實現(xiàn)對風力發(fā)電運行過程的有效控制。

2.4風力發(fā)電運用變速風力發(fā)電技術

變速風力發(fā)電技術使風力發(fā)電要在運行過程中，打破了以往的恒速運動技術，風力發(fā)電機運行時能夠判斷風速大小，從而調(diào)整合理地運行狀態(tài)，使發(fā)電機的頻率達到恒定。變速風力發(fā)電技術運行狀態(tài)隨著風速不同而發(fā)生變化，遇到風速較大時，發(fā)電機會及時調(diào)整風輪轉(zhuǎn)速，防止發(fā)電機由于功率偏大對發(fā)電質(zhì)量以及發(fā)生效率造成影響;在遭遇較小風速時，發(fā)電機也會及時調(diào)整轉(zhuǎn)速，獲得相應的風能，使功率保持穩(wěn)定地輸出。變速風力發(fā)電技術之所以能得到廣泛運用，是由于其能夠調(diào)整風輪轉(zhuǎn)速，解決我國有些地區(qū)因為風速的不同變化規(guī)律，傳統(tǒng)的恒速發(fā)電技術不能滿足風力發(fā)電需求的問題。

2.5模糊控制技術

這是一種最具有代表性的智能控制技術，其技術理論為模糊推理及語言規(guī)則，屬于高級控制技術，該技術不會受到非線性因素的影響，具有很強的魯棒性。通過模糊控制風力發(fā)電機組，能夠顯著提高風能的利用率，還能實現(xiàn)最大功率的追蹤，而且還具有變速恒頻優(yōu)勢。正是因為模糊控制技術的優(yōu)點十分突出，所以在該技術不斷發(fā)展的過程中，融入了人工智能、仿人智能、神經(jīng)元網(wǎng)絡等各種技術，對于風力發(fā)電機組控制技術的智能化發(fā)展具有重要意義。在變槳距并網(wǎng)型風力發(fā)電機組中運用該技術，可以全面改善控制系統(tǒng)的動態(tài)性，有效控制踢葉尖速比、風力機的轉(zhuǎn)速和風輪槳距角，保證風力發(fā)電機組能夠輸出恒定頻率、恒功率。與PID控制器相比，模糊控制技術能夠更好的減輕個抖振問題，提高發(fā)電機組的運行效率和質(zhì)量。

結(jié)語

如今，我國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在逐步提升，但是，仍然還有許許多多的問題等著被解決。一些風力發(fā)電企業(yè)，在不斷探索創(chuàng)新的過程中，許多的不了，數(shù)據(jù)，代碼等無法滿足，這就要進口大量外國技術。不僅在風力發(fā)電機的控制系統(tǒng)方面，還是在制造方面，都要從外國購買很多的所需品。此外，一些重要的零部件，我國風力發(fā)電技術還達不到別的國家的程度，其規(guī)范性也達不到要求，我國的零部件的質(zhì)量還不夠好，壽命也不是很長。我們發(fā)展風電產(chǎn)業(yè)，就要引進外國先進的技術，汲取外國先進技術，融入到已有的基礎之上，不斷創(chuàng)新，使其更規(guī)范化，投入大量資金，建立健全相關政策。

參考文獻

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