风力发电系统运行及控制方法

风力发电系统运行及控制方法

摘要：加强使用各类新能源的发展，风力发电系统作为一种新能源逐渐被应用

到人们的生活和工作，利用风力发电系统不仅可以减少煤炭资源的消耗，保护环境，减少环境污染，电力供应质量可以继续为我国提供安全高效的保障。本文主

要研究风力发电系统的运行与控制。

关键词：风力发电系统；运行控制；方法

前言：

今天，随着技术无污染、高效发展的发展，各国都在积极探索和研究风能和

其他新能源的开发，特别是在当前能源短缺的形势下。风力发电系统的研究越来

越重要。根据各种运行方式和控制技术，风力发电系统可分为定速恒频系统和变

速恒频系统，以充分利用风能。

1风力发电系统结构

风力发电系统的系统结构，主要由风轮、齿轮箱、发电机和转换器设备和其

他设备，风轮主要是用来捕获风能，然后进一步将捕获的风能转化为机械能，机

械能可以用到人们生活中的发电中，可以利用风的能量由发电机最终完成发电，

然后转移到电网实现发电的目的。

以小型风力发电系统中风力发电机为例简单介绍，小型风力发电系统主要由

小型风力发电机、发电机、三相无控整流器、升压变换器、逆变器、滤波器、直

流电压负载和负载局部用户部分组成。和谐运行，促进风电系统正确运行与控制。

在风力发电系统的运行控制过程中，为了实现风力发电机组的最大功率跟踪，对变换器进行了一系列相关的控制研究。

2风力发电系统液压系统综述

压力冲击应保持在最小值，压力冲击大能造成危险。即使在电源故障恢复的

情况下，也必须保证安全的工作条件。下列外部因素不影响液压系统的运行：（1）污染介质；（2）沙尘；（3）杂质；（4）外加磁场、电磁场和电场；（5）阳光；（6）振动。如果液压系统是保护系统的一部分，电网故障和外部极限温

度不应危及系统的正常运行。

同步发电机以恒定的速度运行，它不受连接电网频率作用，也不受转矩的影响。电网频率所规定的速度也是通常的同步速度。异步发电机也是一种发电机，

它允许一定的偏离，即偏离电网频率所规定的速度。换句话说，速度随扭矩的变

化而变化。它是风力发电机中最常用的发电机。绕组转子的变体是常用的。发电

机转速与电网转速的区别是发电机转速与电网转速之间的差异。这种差异有时以

一个百分比的形式给出。如果旋转差不超过1%，则异步发电机的运行方式仍保

持不变，此时转速差不大。如果在10%以内允许有较大的滑移，然后可以通过电

子技术改变，如转子电流控制器。风力发电机的可变或失速控制意味着它可以确

保发电机不超过允许的转移。

这种变化的优势主要体现在风机达到额定功率。在额定功率的情况下，功率

的波动是由风速的变化引起的。当阵风袭击风力发电机的转子时，旋转可以提高

发电机对阵风的响应速度，而不会增加发电机的功率。这种偏差可以保证输出功

率平稳，同时保持叶片、主轴和变速箱的负荷。

3风力发电系统的运行方式

风力发电系统主要包括两种运行状态，即最大风能跟踪状态和额定功率运行

状态。

3.1最大风能跟踪状态

最大风能的风力发电系统的跟踪状态，指的是额定风速比风速低，但为了实

现对风力发电机的最大输出功率，让风轮转速随着风变化，我们可以使用风最大

限度，提高最大风能利用系数。

3.2额定功率运行状态

在风力机运行中，如果风速高于额定风速，研究人员需要调整叶片与桨叶之

间的距离和风力机的转速，以保证风能的不断减少，保证风力机的正常运行。风

力发电机组的运行控制有多种。一般来说，风力涡轮机根据它们的不同状态通常

有许多控制方法。

例如，当风轮风力发电机的转速低于风的标准规定，那么它需要控制风力发

电机的速度，所以我们需要使用最大功率点跟踪控制方法，保证最大风能的捕捉，通过电力代风机驱动。相反，当风力机的风速高于规定的标准风速时，为了减少

风能的捕获量，保持风力发电机的功率接近额定值，可以采用恒功率控制方式。

一般来说，风力发电机组的实际应用是通过电力调节和叶片技术两种手段达到调

速的目的，使那些高、低速逐渐稳定到标准转速。对于整个风力发电系统来说，

风速的变化对发电机转速的控制有着非常重要的影响，因为风力发电机是一种依

靠捕获风能并将风能转化为机械能，最后将机械能转化为电能的装置。因此，最

大风能跟踪控制方法逐渐成为提高风力发电机组整体运行效率的重要因素之一。

风力发电机系统的分析研究中，最大风能跟踪控制策略的研究具有非常重要的意

义和使用价值，基于最大风能跟踪控制的研究，基于智能控制和这种方法的最优

控制，实现风力发电系统的未来发展方向。

4风力发电系统的控制方法

风力发电机组的主要吸能部件是叶轮，叶轮将风吸入发电机，然后进入电网。与恒速恒频（VCF）相比，变频调速式的优点是它可以在低风速的风速变化中保

持最好的状态，争取最大的风能利用系数。变速风力发电机组在运行过程中可分

为以下几个阶段：起动阶段，即发电机从静止状态到进入转速，当发电机实际不

工作时，不涉及变速控制。第二级为最佳叶尖速比运行区，该阶段为起动并网机组，在额定风速范围内运行，并开始发电，并根据变速风力发电机的运行速度始

终运行，使能量得到最大程度的发挥。最后两个阶段是恒速运行区和恒功率运行区。

4.1种风力发电机的最大功率跟踪控制

本文用一种相对简单的方法研究风力发电机组最大功率跟踪控制问题。生产

厂家一般会为消费者提供一个风速曲线的最大功率、风速曲线测量主要是基于风

速传感器的测量得到的数据，并在控制器的存储，根据曲线的最大电流，将测得

的机最大功率为参考值，以最大功率跟踪基于速率的不断的参考价值实现。

4.2并网逆变器的控制方法

并网逆变器的控制方法是综合性的，主要分为控制、并网逆变器并网，逆变

器控制前后时间，由于控制对象在并网逆变器的控制过程中不同，所以在控制方

式上有很大的不同。

4.2.1逆变器控制方法

逆变器并网前通常需要对逆变器的输出电压进行控制，然后跟踪单相电网电

压的幅值、相位和频率，再采用电流内环电压瞬时值反馈双闭环控制方法。通过

这一系列的控制方法和瞬时值反馈，不仅在很大程度上改善了整个系统的稳定性，简化了设计，而且在很大程度上起到了限制电流和保护电路的作用。