风力发电系统控制策略探究

风力发电系统控制策略探究

发表时间：2018-06-25T16:45:38.270Z 来源：《电力设备》2018年第3期作者：吴的金

[导读] 摘要：风能属于可再生能源，分布广泛，使用时不会对自然环境造成破坏，其作为替代能源的意义将更加突出。

（福建省福能新能源有限责任公司福建省莆田市 351100）

摘要：风能属于可再生能源，分布广泛，使用时不会对自然环境造成破坏，其作为替代能源的意义将更加突出。对风力发电的研究广泛，其对象可以控制的主要是制造叶片、发电机以及风电系统的控制策略，为了实现风电的最优控制效果，需要考虑多方面因素，使问题变得更加复杂。本文对风力发电系统的控制策略进行了探讨，希望能对相关从业

关键词：风电；发电系统；控制；策略

前言：风是一种可再生、取之不尽、用之不竭的无污染和巨大的能源储备，属于自然能源的范畴，风能利用是相对简单的，它不同于煤、石油和天然气，需要先从地下开采处理；不同于水，必须为了推动涡轮运转建造一个大坝；也用于不同的原子的能量，需要花费大量的成本和技术研发。风力发电发电成本相对稳定，环境污染小，发展前景广阔。特别是沿海岛屿、草原、牧区、山区、高原缺水、缺乏燃料和运输的地方，因地制宜地合理利用风能具有重大的现实意义。

1控制风电系统的必要性

由于自然风速和风向的随机变化，风力发电机组必须自动切入电网，切断电网、输入功率、风轮主动风以及运行中的故障检测和保护。风力发电的变桨距调速技术，变桨距变速运行控制技术，基本实现了风力发电向电网供电的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一。功率调节方法包括三种控制方法：定距失速调节、变桨距调节和主动失速调节。根据定桨距恒速变桨距变速风力涡轮机的操作，系统的风速和风向变化机组并网和离网，加强控制风机控制，也可以控制变桨距系统的速度和动力装置，以提高机组的运行效率和安全可靠性，促进和提高电力质量。

2、风力发电机组的风力机控制策略

风力涡轮机将风能转化为系统的机械能。它是整个系统能量的输入，风轮也可以改变能量输入。我们通过风轮实现对系统的控制。根据公认的贝兹理论，风能转化为电能的比例实际上可以达到59.3%。为了实现风力发电系统的最大转化率，必须保证风能的最小消耗。对于单侧风轮，有三种主要的控制方法来获得最大功率。

2.1叶尖速比（TSR）控制

叶建素是转子的最外缘，这是由风驱动风叶旋转，风力数值风轮转速和边缘处的风速称为叶尖速度比。叶尖速比通过控制叶尖速度比达到系统的优化，我们根据不同的风速来确定最佳叶尖速比，在自然中控制最佳的风力转速，风速不可调，所以我们可以通过改变叶尖速度达到的控制效果，可以改变风轮转矩，改变风轮边缘速度的大小，以获得最佳的速度和最佳叶尖速比。

2.2功率信号反馈（PSF）控制

对于电力信号控制，这种方法的基础是根据条件改变风力发电机组的功率。根据功率关系绘制相应的最大功率曲线，然后根据功率曲线进行运算。一般来说，在实际工作中，比较系统最大功率和实际输出功率之间的差异，并得出它们之间的差异。在此基础上，对转子力矩进行一定的调整，得到了最大功率。使用这种方法的最大优点之一是降低了与第一种方法相比的控制成本。但也存在一个问题：如何在正常运行中获得最大功率曲线。

2.3搜索（HCS）控制

功率点的图像像抛物线一样，被认为是一个小山，最高点是最大功率点。当我们不确定当前的工作点在哪里时，我们可以适当地提高风力涡轮机的速度，并且系统的直流功率将会改变。如果直流电功率增加，它将在山的左侧，反之亦然。用该方法确定风轮转速的最高点。然而，这种方法有一些缺点。风轮转动惯量大时，很难改变转速。

3、风力发电机组及其电力电子变换器的控制策略

3.1、风力的能量来自风，需要在高空完成能量转换，因此需要高效率、高质量的发电机和一系列设备。永磁发电机的发电损耗小，发电效率高。在生产过程中，可以采用模块化制造，降低整个生产成本。同时，在过程中控制风力发电系统，一般采用矢量控制方式，这种方式的主要原因是，这种控制方法可以实现对解耦之间的电流控制有效，对功率因数的控制系统相对简单。

3.2、在风力发电系统中会经常去使用电力电子变换器，电力电子变换器具有以下特点；使用面较宽，满足良好的、高效的大型风力发电系统的使用要求；风力发电的能量转换率要求是非常高的，要加强转换为高通传输效率；可以调节无功功率，满足功率因数的变化；尽可能的减少变化对电能质量的损耗，谐波失真尽可能小；用于高可靠性设备层有一定的要求，安全系数高；要保持较高的运行效率、功率范围大；而低的电力电子变换器的设备成本高。使用PWM整流器，可以实现系统的最大功率控制。在整流器运行过程中，矢量控制可以实现有功功率与无功功率的解耦，从而获得满足实际需要的无功功率，同时输出有功功率最大值。保证直流环节的最终实现，实现无功功率和有功功率调节系统。

4、风力发电中的谐波消除与无功补偿

4.1我们需要在发电过程中尽可能地减少谐波。谐波会使电能质量整体下降。它会影响电力系统的电压和频率，从而造成无功功率与有功功率之间的不平衡，降低功率因数。在实际过程中产生谐波铜损和铁损增加所引起的超同步共振发生器；热故障可导致各种电力设备，影响系统的运行；避免系统和控制电路故障，传感器测量不准确；谐波会使一些电子设备造成损害。为了减少造成的危害，总结了几种方法来减少或消除谐波：电气设备等电力转换器的使用，不同的相位偏移和谐波；谐波会增加无功功率，我们采取的方法调整电容的变化，从而减少谐波危害，采取三角形连接；三角形连接可有效降低谐波进入；选择合适的滤波器可以有效地减少谐波。

4.2无功功率消耗

在电网中存在电感元件，但电感元件通过电压、无功消耗，只能使电感元件的电压不下降，当有高压时，通过电感元件的电流大，发热元件被破坏。瘫痪线。因此，需要对风电系统的无功功率进行补偿，以抑制谐波。无功补偿可通过电容器进行补偿。但也有它的缺点。例如，同时切换大容量电容器会引起电压波动。另外，电容器投切方式滞后，影响补偿效果。

5、分布式风力发电系统的控制设计

本文建立的分布式风力发电系统的基本工作原理如下：风力机捕获风能，然后无刷直流发电机的风能转化为电能，无刷直流输出直流