影响风力发电机功率的因素分析

影响风力发电机功率的因素分析
摘要：近年来随着风电装机规模的不断增大，风电接入网后的影响已经得到了
广泛的关注。

特别是在一些电网薄弱的偏远地区，经常会出现系统级的功率波动，造成难以预计的后果。

风力发电要发挥出其针对独特优势，就必须保证风力发电
有条不紊的进行。

基于此，文章对影响风力发电机功率的因素进行了探究，一方
面为了促进风力发电的不断发展；另一方面也是为了完善我国风力发电事业的建设。

关键词：风力发电机；功率；影响因素；措施
1导言
小型风力发电系统具有投资小且应用灵活的特点，非常适合在人口居住分散，风力资源丰富的西北地区和边远地区，解决农业、牧区和边防哨所的生产作业中
的电力供应，对边远地区的广大农、牧民的生产用电，有重要意义。

根据风力发
电机组的运行状态和预测功率等信息对机组进行动态分类，然后根据功率控制目
标和机组情况建立有功控制优化模型，从而实现整个风电场有功控制。

2风力发电的功率曲线
要实现将影响风力发电因素全部找出的目的，就必须本着溯本求源的原则，
探究影响风力发电功率的的脉络。

文章探究影响风力发电功率因素时，明确风力
发电曲线与发电量等概念。

首先，衡量机组风能转换能力，反映风能发电机组功率特性，是风力发电功
率曲线的原始属性。

基于风力发电机组在风力发电建设中的重要地位，所以在日
常的风力建设中，考核一台风能发电设备是否满足实际发电需要时，最常使用的
方法就是考核设备的风能发电功率曲线。

结合实际经验，要客观的审核某一机型
是否具备风力发电能力时，单纯的关注那些图表中的“风速—功率”对应值是不能
满足客观评价某一机型风能发电能力的。

其次，客观的评价某一机型是否具备满足风力发电能力的要求，除了考核设
备的风能发电功率曲线意外，还要根据风力发电现场的实际情况进行综合考虑。

综合考虑风力发电现场的实际情况，分别从风力发电设备的机组控制策略和叶片
气动特性两面下手。

最后，风力机组的功率特性关键取决于叶片的气动特性和机
组的控制策略。

叶片的气动设计实际上是一个优化的结果，受其他条件限制，无
法达到所有风速工况下效率均最好的目标。

3影响风力发电机功率的因素
3.1变桨距控制发电机输出功率
鉴于风速变化对发电机功率的稳定输出有诸多不利因素，在液压型风力发电
机组并网后，需要控制发电机功率的平稳性输出，研究发现利用变桨距控制系统
调节风力机能量吸收可以起到稳定发电机功率平稳。

因为风速的波动会引起发电
输出功率和发电机转速的变化，如果此时桨距调节速度过快，这样不但会对桨叶
轴承上产生冲击影响设备寿命，而且会引起发电机功率的超调震荡；如果桨距角
调节速度过慢，这意味着调桨变化速度跟不上风速变化，导致风力机的风能利用
系数过低，降低了系统利用风能效率。

所以变桨距控制系统和传动控制系统的稳
定性和快速响应性对于控制发电机输出功率的平稳和电机转速的平稳性有非常重
要的影响。

3.2发电机转速控制
因为液压传动型风力发电机组省去了整流逆变装置，所以在发电机并网前，
如何将发电机的转速控制在额定转速附近很关键，否则机组不能并入电网。

在定
量泵一变量马达液压主传动系统中，因为马达斜盘角对马达的转速和力矩均有直
接影响，所以通过控制斜盘角变化可以实现发电机转速稳定在1500r/min。

因为
变量马达转速和发电机转速相同，所以速度检测装置实时检测出的变量马达转速
和发电机转速相同。

比较器将速度检测器检测出来的马达实时转速和额定转速做差，得出转速误差值；控制器根据转速误差进行计算，给伺服阀送入信号使之执
行相应动作，这个动作会使马达斜盘角进行相应调节，斜盘角的变化会使得马达
转速误差越来越小；接着往复循环此动作直至马达转速稳定在1500r/min时。

当
误差变大时，控制器通过信号控制马达斜盘角变大；当误差变小，控制器控制马
达斜盘角变小，这样就可以使得发电机转速恒定输出。

很显然斜盘摆角的相应速
度和稳定性能决定发电机转速的调节速度和稳定稳定性能。

如此完整的过程将能
够保证发电机的转速稳定在额定转速，可以实现发电机并网前的准备工作。

3.3桨叶对风力发电机功率的影响
桨叶的失速性能是指它在最大升力系数CTMAX、附近的性能。

当桨叶的安装
角β不变，随着风速增加攻角i增大，升力系数CT线性增大；在接近CTMAX时，增加变缓；达到后CTMAX开始减小。

另一方面，阻力系数初期不断增大；在升
力开始减小时，阻力系数继续增大，这是由于气流在叶片上的分离随攻角的增大
而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面
压力差减小，致使阻力激增，升力减少，造成叶片失速，从面限制了功率的增加。

4开展措施
4.1控制系统设计
额定功率恒定的小型风机，风速过大、过小时，要调节风力发电机的转速，
间接地控制发电机的输出电压，使其输出电压保持在允许范围内，为蓄电池的充
电或外接负载，提供稳定的电压；同时，根据风力发电机的运行情况，对蓄电池
进行充、放电控制。

4.2改进的DFIG功率快速跟踪控制
在变流器极限容量下，快速的功率响应机制可以通过功率开环和增加电流给
定值实现。

对双馈变流器的控制，一般来讲常采用双闭环结构，外环为功率控制环，内环为电流控制环。

在功率闭环控制中，有功指令是由主控系统根据最佳风
能曲线对应不同转速而给出的，无功指令是根据电网需求设定的，一般用来补偿
机组箱变的无功部分。

本文提出的改进的DFIG功率跟踪控制框图，如图1所示。

图1改进的DFIG功率跟踪控制框图
（1）变流器根据收到主控的有功功率指令，按照开环模式执行控制，其中有
功电流指令iqrref2按照式（1）-（5）求取，为了提高响应速度，可以选择1．2
倍的额定有功电流给出，直到加到电流小于i＜Imax。

（2）当变流器有功电流指令iqrref2响应1个电网在周期后（改时间可以根
据不同机组功率跟踪情况调整），可以按照闭环模式执行。

两种模式下得到的参
考电压urqref1和urqref2通过参考电压限幅控制保证d轴电压参考值uqrref不溢出。

4.4标准风力发电机功率发电曲线与实际风力发电曲线间的差异
风力发电机的实际工作情况是很难做到实时监控的，所以这就给理论上的标
准功率发电曲线与实际风力发电功率曲线不同的原因，找到的答案。

风力发电机
组的实际功率曲线，是在一个单独的、比较理想的测量系统下得到的一个时刻风
速和一段时间输出功率之间的对应关系。

虽然标准的风力发电机组功率，是工作
人员经过对环境参数、环境气温、风速参数和大气压力等进行测量得出的实际风
力发电机组发电功率，参考大气压力、环境气温对实际风力发电机组发电功率而
最终得到的。

虽然标准风力发电机功率发电曲线与实际风力发电曲线之间存在差异，但是这种差异由于实际的风力发电工作中，由于受到机组数量较大和现场条
件限制的原因导致的所以，很难避免。

在实际的风力发电机组发电过程中，只要
标准风力发电机功率发电曲线与实际风力发电曲线之间的差异在合理差异范围以内，这种误差还是可以忽略不计的。

结束语
综上所述，由于风力机系统是非线性的复杂系统，工作环境的影响和干扰多。

因此，理想数学模型与实际系统的输出，有一定差别，实际应用中，应多采用实
验数据，对理想数学模型进行调整，使风力发电机的相关模型，更符合实际情况。

随着人们对风力发电研究的不断深入，未来风力发电将在人类整个能源宝库中扮
演着更加重要的角色。

参考文献：
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