基于风力发电及其控制技术的分析

基于风力发电及其控制技术的分析

发表时间：2019-09-18T17:00:30.783Z 来源：《电力设备》2019年第7期作者：沙日娜孙武

[导读] 摘要：风能的开发与利用就是其中之一，风力发电技术对我国电力行业的发展有着十分重要的意义，是目前电力行业的研究重点。

（中广核新能源控股有限公司内蒙古分公司内蒙古呼和浩特 010020）

摘要：风能的开发与利用就是其中之一，风力发电技术对我国电力行业的发展有着十分重要的意义，是目前电力行业的研究重点。在风力发电的过程中改变风轮的运行效率可以实现对风能大小的控制，实现发电质量与发电效率的改善，对电力企业的发展至关重要。本文则通过对风力发电及其控制技术的研究来为相关行业提供一定的发展思路。

关键词：风力发电；控制技术

随着国家新能源发展战略的实施，我国风电产业已经迈入跨越式发展阶段。风电有着可再生、能量大、无污染等特点，同时我国风能储备量大，分布广泛，有着非常大的开发潜力，所以发展风电能源已经成为一种必然趋势。做好风力发电及其控制技术的研究，具有十分重要的意义。

1风力发电技术的现状分析

近些年，随着科技的不断进步，风力发电技术的应用越来越广泛。风力发电应用原理：通过风能设备，将由温差引起的空气流动转变为电能。具体来讲，就是利用风能驱动风车叶片转动，而叶片转轴与齿轮箱连接，促进转速提升，将动能转化为机械能，带动发电机发电。风力发电具有如下特征：风力发电技术的装机规模逐年加大，风力发电应用比重呈逐年增加趋势；风力发电机的功率不断增加；海上风力发电产业逐渐商业化。由于海上风力发电干扰因素少，风速较高且稳定，发电量相当可观。可用发电机组有效进行风力发电；风力发电前期投入高，但运营费用较低。纵观全球，风电机组市场发展速度较快，风力发电已经在发电产业中占有不容忽视的地位。目前，市面上的风电机组的设计技术存在较大差异，其中突出的差别主要体现在发电系统与风电机组的结合方式上。通过风速提高电机转速，促进风能利用率最大化，保证有功功率与无功功率均处于可控状态。

2风力发电控制技术分析

2.1风轮控制技术

2.1.1叶尖速比控制

因为受到风力的作用，风轮的风叶尖端转动线速度也被称为叶尖速。叶尖速比主要是指叶尖速度和这个时期的风速比值。叶尖速比控制方法主要是采取有效的方法进行比值控制，将其进行系统的优化。根据风速的不同，在这个基础上进行叶尖速比比较，因为不能够进行自然风速的调控，对此为了能够更好的进行各个功能优化，需要在实际应用中合理的进行调整和改变叶尖速，主要是风轮转矩的调整，从而能够更好的控制整个速度，更好的进行叶尖速比的控制。

2.1.2功率信号反馈控制

通过该方法来控制风轮的功率信号。在风轮运行过程中，其功率会随着条件的改变而改变，这是功率信号反馈控制方法的应用基础。通过分析功率关系进行最大功率曲线的绘制，在此基础上进行后续操作。在具体实践过程中，将最大功率和进行系统实际输出功率分析比较，获得二者差值，然后据此调整风轮桨矩，确保风轮运行功率达到最大。这一方法可以有效降低控制成本，但是值得注意的是，在风机日常运行过程中，最大功率曲线的获取是一项技术难题。

2.1.3爬山搜索控制

通过该方法对风机的功率点进行控制，其图像形似抛物线，最高处即为最大功率点。如果对当前工作点位置不能确定，可适当增加风轮转动速度，以此改变系统输出的直流功率，当系统输出的直流功率加大时，最高点在抛物线左侧，反之在右侧。利用该方法能够将最大功率点及时找出，在此基础上确定风轮转速。然而，如果风轮在转动时存在较大惯量，其转速很难改变，这是该方法的主要缺点。

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

风力是风力发电的能量来源，由于风力在距地面位置较高处更大，因此能量转化需在高空完成。发电机及其相关设备应当尽可能提高其工作效率，并减轻其重量。永磁发电机具有损耗小、效率高等优点，在风力发电系统中有着广泛应用。目前可采取模块化方式进行发电机制造，以此实现制作成本的降低。除此之外，在控制风力发电系统中的发电机时，通常采取矢量控制方法，该方法能够实现直轴电流以及交轴电流二者的耦合解除，由此降低系统功率因数的控制难度。

2.2.2电力电子变换器控制技术

在风力发电系统中，其电力电子变换器必须具有以下特点：它具有广泛的应用范围，能有效地应用于大型风力发电系统；在风能的转换中，它具有较高的能量转换率，经过转换后，它也具有较高的传输效率，能起到一定的作用。对无功功率条件进行了分析，实现了功率因数的提高。具有较高的可靠性和安全性。同时具有功率范围大、设备成本低、经济合理等特点。在风力发电系统中采用PWM整流器可以有效地控制系统的最大功率，在整流器的使用中，通过矢量控制可以实现有功功率与无功功率的解耦，保证无功功率满足运行要求。此外，该脉宽调制整流器还可以保证有功功率的最大输出。通过设置直流环节，可以有效地调节风电系统的无功功率和有功功率。

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

在风力发电的过程中，谐波是一个重要的影响因素，它的存在会影响电压的稳定，降低风力发电的质量，导致发电的频率受到影响，甚至会破坏有功功率与无功功率的平衡性。因此，在风力发电的过程中必须尽可能的消除谐波。谐波对风力发电过程具体还会产生以下的影响：损坏电子设备、影响系统正常运行、增加发电机的毁坏频率、引发设备的热故障等等。谐波的消除方法具体有：第一，对电容器进行合理调整、改变无功功率，减少其影响。利用电力变流器等设备，用电力变流器的相位与谐波相抵消。

2.3.2无功功率补偿

受感性元件影响，电力系统中的无功功率会产生消耗现象。当电压通过感性元件时，由于仅仅是无功功率出现消耗，感性元件两端的电压不会产生变化，如果存在较高电压，感性元件会有大电流通过，可能会损坏元件设备。这种情况下，应当对风力发电系统进行无功功率补偿，对谐波作用进行抑制。电容投切法在无功功率补偿中有着广泛应用，但是该方法也存在一定缺点，例如：如果在相同时间内投入