风力发电技术与功率控制策略

风力发电技术与功率控制策略

摘要：现如今，我国电力行业发展迅速，在这样的背景下，我国尤为重视风

力发电，其他国家也对其密切关注，将其确定为一种必须加大发展力度的新能源

技术。由于石油等化石资源越来越匮乏，作为一种集丰富、可再生、清洁等诸多

优点于一身的新资源，风能受到了世界各国的青睐。丹麦早在19世纪末便构建

了全球首台风力发电机，但因为经济、技术有限，在提供电能方面，不能将风力

发电作为主要供能措施。20世纪中期，欧美国家在风电发电机组的构建方面投入

了诸多资金，为其发展提供了重要保障。到20世纪末期，风力发电量越来越大，今后可能成为世界第二大发电能源。我国拥有丰富的风力资源，风力发电在我国

具有良好的发展前景。本文主要阐述了风力发电的优势和风力发电技术的基本原理，对风力发电技术的发展趋势进行了分析，同时探讨了其功率控制策略，以供

参考。

关键词：风力发电技术；发电功率；控制

引言

风力发电最早是在上个世纪开始被人研究的，随着人们的不断探索和研究，

通过对航空领域飞机旋翼技术的研究，研究出了一种小型的风力发电设备，此设

备一研究出来就在一些风力较强的海岛得到了广泛的使用。随着后来人们不断对

此项技术进行完善，风力发电技术也得到了更大范围的推广和使用。

1风能的优势

利用风能技术有许多优势，具体体现在下列几个领域。具有良好的经济效果。在发展风电时，由于风电的价格并不高，而且技术发展到一定程度后，其价格会

快速下跌，有些甚至达到了燃煤发电的水平。另外，我们国家拥有比较多的风能

资源，未来的发展将会带来更大的经济效益。施工周期短，建成后效果好。因为

风力发电的快速施工，可以在较短的时间内建成，因此可以有效地处理某些急需

的问题。利用风电场技术在边远山区具有很大的优势，合理利用它可以更好的解

决边远山区居民的电力需求。

2风力发电技术的基本发电原理

风力发电主要把风能转化为机械能为基础发电的，而后在将转化而来的机械

能变成电力动能。在实际工作过程中，风力将风车扇叶带动旋转，旋转的过程中

利用增速机加快扇叶的旋转速度，从而有效的促使发电机进行发电。而在风力发

电过程中所使用的设备装置统一称为风力发电机组，而此发电机组又可以细致划

分为风轮、发电机和塔架三个部分。其中把风能转化为机械能最主要依靠的就是

风轮装置，主要由两片或两片以上的螺旋桨形状的桨叶构成。当桨叶受到风的作

用时，在桨叶上产生气动力来促使风轮的转动。为了确保风轮在工作过程中始终

对准风向以获得最大的功率，在实际使用的过程中需要在风轮后安装一个类似于

风向标的尾舵。风力发电机的塔架就是一个支撑整个风轮、尾舵和发电机的构架。在设置铁塔的高度时，需要对实际环境中地面障碍物对风速的影响情况和扇叶实

际直径的大小进行综合考量，以确保设置塔架的高度符合风力发电机实际工作的

要求。发电机最主要的作用就是在风轮受到风的作用而产生恒定转速之后，再由

升速机将其传递给发电机匀速运转，最终由发电机将机械能转变为电能。一般小

型的风力发电系统都具有较高的发电效率，但是这类发电机不仅只是由一个发电

机头构成，是一个具备一定科技水平的系统，系统内包括发电机和变流器。一般

风力发电机都是由机头、转体、尾翼、叶片这几个结构组成，这几个部分每个都

有其作用。风力发电机的叶片主要受到风力的作用，并且通过机头将其转化为电能，发电机的尾翼能够与确保扇叶始终对着风向以获得风最大的作用力，风力发

电机的转体为尾翼的正常工作提供了保障，通常转子所使用的都是永磁体或者励

磁体，通过定子绕阻切割磁力线最终产生电能。

3风力发电技术的应用

3.1电子变化器控制技术

电子变化器作为风力发电的重要部件，在大规模风力发电系统中应用比较广泛，能够提升能源的转化效率和传输效率。结合电子变化器控制技术，可以实现

无功率转换，在应用过程中也能够保证安全性、可靠性。在应用PWM整流器的过

程中结合电子变化器控制技术，可以实现最大功率的输出。在适量控制方式方面，选择合适的整流器，可以避免有功功率和无功功率之间的制约效应，进而满足用

户的实际需求。

3.2变桨距控制技术

其特征在于可以根据实际情况而变化螺距角度，从而调节涡轮的输出功率。

若风力发电机的实际输出功率低于其额定功率，则不会调节桨距角，使其处于零

点的桨距角：若风力机组的实际输出功率超过其标称，则可根据目前风力状况和

发电机组的实际功率，对其桨距角进行灵活调节，以保证其在给定的功率范围之内。同时，对风力发电的调控也有一定的影响，保证了其调控的有效性。可变桨

是风力发电系统中一种主动式的动力调节技术，它对于克服桨距无源失速问题有

着十分关键的作用。采用这种技术，可以使风力发电机在转动后，在一定程度上

维持一定的正俯角，使起动扭矩达到最大，而且在停止状态下，螺距角度不超过

90度，可保障风力发电机组的发电效果。

3.3风力发电机控制功率

在风力发电机的结构中，定子绕组和工频电网连接在一起，转子绕组可以对

频率相位、相序与幅度进行调节。内部主要运用交直交变流器，在双馈异步发电

机的作用下，能够实现在风速不同的情况中，风力发电机组的使用不会受到丝毫

影响。同时，发电机的转速还能以风速的改变为基础展开调节，确保风力发电机

组运行状态最佳化，显著提升风能的使用效率。在输出发电中，能够实时控制馈

入转子绕组电流参数，从而确保频率与电压恒定，使风力发电系统更加稳定。借

助风力发电机全面控制风力发电中的输出功率和运转功率，提升发电和输出的安

全性，确保风电机组运行更加稳定和安全，让风力发电社会、经济效益能够实现

全面的提高。

4风力发电的发展展望

在高效率、节约资源、提升品质、消声降噪等要求的推动下，风力发电向大

规模、控制速度、减电刷、直驱方向发展，在产业化环节中，需要节省土地使用