风力发电及其控制技术探讨

风力发电及其控制技术探讨

蒋礼鹏

国电南瑞科技股份有限公司江苏南京210000

摘要：随着我国国民经济水平的不断提高，人们的生产生活对能源需求量也在与日俱增，开发利用新型能源已然成为当前发展的必然趋势。作为一种可再生能源，风能在我国有着十分广泛的分布范围，开发与利用比较容易些。另外，使用风能进行发电不会影响到生态平衡，其成本也比较可观，有着很好的发展前景。

关键词：风力发电；控制技术；进展

引言：现阶段，人们处理能源与环境问题千钧一发，我国很多资源有限，还会造成很多污染。因此，全球各国都将目光放在了可再生能源的开发上面，而风电有着较多优势，因此灵活运用可再生能源已然成为当前发展的必然趋势。我国的风能资源非常丰富，因此开发潜力很大。

1我国风力发电现状

现阶段我国5MW容量等级风电产品下线，诸多兆瓦级风电机组慢慢普及，同时也充分体现出了我国研发水平的不断提高。尤其是在最近几年里，我国风电装备制造产业的集中度日益增加，机组所占用的市场份额与日俱增，相关企业基本上可以满足国内风电发展需求，然而在变流器等相关方面还应当依赖于进口，所以风电装备制造行业想要得到更好的发展，那么就一定要将目光放在技术上面，增强自主创新的重视度，做好核心技术攻关，特别是要做好关键设备技术的研发工作。

2风力发电及其控制技术

2.1风轮控制技术

2.1.1叶尖速比控制

在风力的不断作用下，风轮的风叶尖端的转动线速度称之为叶尖速。针对叶尖速比来说，实质上说的是叶尖速与该时间段风速之间的比值。如果想要完善风机系统，那么就要采取有效措施对叶尖速比值进行科学控制。相关人员应当将风速问题考虑在内，同时还要对最佳叶尖比加以明确，因为不能随心所欲的控制自然风的速度，所以如果想要实现控制功能，那么就一定要采取有效措施对叶尖速加以调节，只有这样才能完善叶尖速比。

2.1.2功率信号反馈控制

在风轮实际运作期间，其功率很容易随着条件的变化而发生变化，显然这是功率信号反馈控制手段的使用基础。相关人员在充分借鉴分析功率关系的基础上，绘制完最大功率曲线以后，才能进行后续操作。在实际应用期间，把最大功率以及进行系统输出率进行详细对比，得到相应的差值，将其当作参考依据调节风轮桨矩，为风轮运行功率可以达到最佳状态提供应有的保障。这一手段能够起到节约资金的作用，但是值得一提的是，在风机常规运作期间，最大功率曲线的获取依然是技术瓶颈。

2.1.3爬山搜索控制

相关人员通过该手段控制风机的功率点，其呈现出来的图形很像抛物线，最高处就是最大功率点。倘若不能确定工作点位置，那么这个时候相关人员可以在必要的情况下增加风轮转动速度，这样就可以使得系统输出的直流功率得以优化。当系统产生的直流功率不断增加时，最高点必然会在抛物线的左边，反之会在右边。灵活运用该手段可以在最短的时间内找到最大功率点，这样才能对风轮转速加以明确。但是，倘若风轮在实际转动期间依然存在较大惯量，那么其转速不容易改变，这是该手段存在的缺陷。

2.2风力发电机与相关电力电子变换器控制技术

2.2.1风力发电机控制技术

我们都知道，风力属于风力发电的能量来源，因为风力在距地面位置较高处更大，所以能量转化这一环节应当在高空中完成。发动机及其相关设备可以大大提升其工作水平，同时还可以起到减轻重量的作用。永磁发电机存在着诸多优势，如损耗不大、效率高等，并在风力系统中得到了普遍认可。

2.2.2电力电子变换器控制技术

就风力发电系统而言，其电力电子变换器一定要拥有以下特点：第一，具有广泛的使用面，并且可以在大型风力发电系统中得到普遍认可；第二，在转换风能的过程中，应当具备与之相匹配的能量转换率，直到成功转换完毕以后，还应当具备一定的传输效率；第三，可以对无功功率进行有效调节，以此来实现功率因素的转变；第四，具有较强的稳定性与安全性。在全面保障运作水平较高的基础上，拥有大范围功率。在该系统中灵活运用PWM整流器，能够起到控制系统最大功率的作用。在应用整流器的时候，运用矢量控制形式在很大程度上把有功功率和无功功率之间的耦合消除，保障获得的无功功率符合运行要求。

2.3风能发电中的谐波消除与无功功率补偿

2.3.1谐波消除

针对风机发电来说，谐波的存在会影响到电能的整体质量，同时还会致使电的频率、电压等均受到干扰。就破坏无功功率以及有功功率之间的平衡性而言，相关人员一定要采取针对性的手段把谐波的存量消除干净。通常情况下，谐波对风能发电的影响主要包含以下几点：第一，增加发动机铁损、铜损等情况出现的概率，致使发动机发生超同步谐振的现象；第二，当电力设备在实际运作期间，谐波很容易引发设备热故障，致使系统顺利运作受到影响；第三，很容易致使控制电路与保护系统发生无动作的情况，继而对传感器的灵敏性带来不利影响；第四，损坏电子设备，带来严重的经济损失。一般而言，谐波消除措施主要包含以下几种方法：第一，借助于电力交流器等相关设备，促使其相位和谐波达到互相抵消的目的；第二，谐波会致使无功功率增加，这个时候需要对电容器组进行科学调节，以便实现无功功率的改变，减少谐波对其产生的不利影响；第三，灵活运用三角形连接形式进行连接，最大限度地把谐波进入量降到最低。

2.3.2无功功率补偿

因为在某种程度上受到感性元件的影响，所以会致使电力系统中的无功功率发生消耗的情况。当电压经过感性元件以后，因为只是无功功率产生损耗，所以感性元件两边的电压不会发生任何反应，倘若存在较高电压时，那么感性元件就会存在很多大电流，很容易增加元件设备损坏的概率。在这种状况下，相关人员需要对风力发电系统做好无功功率补偿工作，并在此基础上控制谐波作用。电容投切法在无功功率补偿中使用次数比较频繁，然而该方法也存在某些不足之处，那就是倘若在相同时间内投入较大的电容容量，那么一定会增加电压波动情况出现的概率。

2.4现代控制技术

一般而言，风力发电现代控制技术通常包含以下几种：第一，变结构控制；第二，鲁棒控制；第三，自适应控制；第四，智能控制。针对风电系统来说，变结构控制的应用范围比较广泛，其根本因素是因为其存在着较多的优势，如响应速度快，便于实现等。相关人员在处理多变量问题的过程中，鲁棒控制可以得到显著的成效，针对可靠性高的鲁棒控制而言，可以快速处理参数不准、物质系统受影响等诸多难题；智能控制手段各式各样，其中最具代表性的要数模糊控制了。该控制技术对数字模型的依赖性并不高，在充分借助于专家经验的基础上可以对非线性因素的干扰进行轻松克服。从当前的发展趋势来看，构建完善的风力发电机数学模型会存在一定的困难性，所以在对风力发电机组进行控制的过程中，模糊控制就能发挥出应有的价值，现已得到相关人士的一致好评。

结语

在最近几年里，我国对风力发电事业给予了足够的资金支持，风力发电取得了前所未有的成绩。因为风电有着较多的优势，如环保清洁、成本低廉等，所以有着较大的发展空间。随着我国科学技术的日益完善，风机控制慢慢趋于自动化，加大风力发电技术开发与应用的力度，可以从根本上促进风力发电系统工作水平的全面提升，以此来促进电力事业的健康发展。

参考文献：

[1]高磊，蔡应森，天奥迪，熊牛兵，孙赟.风力发电及其控制技术研究[J].山东工业技术，2019（05）：192.

[2]方蒽.风力发电系统及其控制技术综述[J].变频器世界，2010（09）：47-50.

[3]王志新，张华强.风力发电及其控制技术新进展[J].低压电器，2009（19）：1-7+19.

[4]鄂春良.海上风力发电及其控制技术[J].电器工业，2007（01）：28-30.