风力发电及其控制技术研究 刘庭

风力发电及其控制技术研究刘庭

发表时间：2019-06-13T09:13:14.803Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：刘庭李琪

[导读] 摘要：现阶段，随着经济的发展和社会进步，人们的生产生活对能源需求量越来越大，开发利用新能源势在必行。

（中广核新能源投资（深圳）有限公司内蒙古分公司内蒙古呼和浩特 010000）

摘要：现阶段，随着经济的发展和社会进步，人们的生产生活对能源需求量越来越大，开发利用新能源势在必行。作为一种可再生能源，风能在国内有着广泛的分布范围，开发和利用难度不大。除此之外，利用风能进行发电不会对环境造成污染，其成本也比较稳定可控，应用前景十分广阔。目前国内针对风力发电已经进行了一定研究，风力发电的研究范围包括制造发电机、控制风机等。要想确保风力发电效果达到最佳，必须深入研究风力发电控制技术，包括控制风轮、变压器、发电机和风力发电系统无功补偿等。文章主要探讨风力发电及其控制技术的新进展。

关键词：风力发电；控制技术；研究

引言

如今，人们解决能源和环境问题迫在眉睫，有些资源有限，还会产生许多污染。所以，世界各地都在关注可再生能源，而风电有许多优点，所以，利用可再生能源已成为各国的重点发展方向。我国的风能资源并不匮乏，所以开发潜力很大。我国的风力发电产业和控制技术的发展很快，因而，通过分析现阶段我国风力发电的情况和控制技术水平的发展情况，为实现可持续发展战略提供一些有价值的信息。 1我国风力发电的现况

我国风力发电的发展在技术方面上分为三步，一是引进新技术，二是把技术消化吸收三是进行自主创新。现如今，在这方面我国以快速发展起来。例如，我国的风力制造业不断提升。还有随着国内5WM容量等级风电产品的不断改进，我国的兆瓦级机组在风力发电市场被大量使用。虽然我国的风力发电机组制造业和配置零组件的发展足以满足所需，但是一些高级配置仍然需要从国外进口。所以，培养自主创新能力和不断探索新技术迫在眉睫。

目前，是创新的年代，是需要快速发展的时代，新能源就是一个活生生的例子。作为新能源的一个重要部分，风力发电近年来的发展越来越好。全球的能源越来越少，之前的能源已经不足人们也已经意识到了这个问题，风力发电无污染，施工时间比较短，投资也不多，而且需要的地区也不多，这就使得各个国家对其越来越关注。在风力发电系统中，并网逆电器是一个非常重要的装置，其特性的好坏决定了发电是否灵活。随着信息技术的发展，人们也将风力发电系统做出了很多改变，使其性能得到了很大改进，促进了其进一步发展。

2风力发电系统控制的必要性

自然风会在速度大小以及方向上产生随机变化，因此，有效控制发电系统具有重要意义，包括控制机组的切入与切出电网、限制输出功率、检测风轮在运行过程中的故障并加以保护等。从定桨距恒速运行技术到变桨距变速运行技术，风力发电系统的控制技术在近年来得到了很大发展，已经达到基本供电目标。就风力发电机组而言，其重要技术之一就是调节机组功率，其调节方法主要有三种，即主动失速调节、定桨距失速调节以及变桨距调节等。目前，风力发电机组已经实现了变桨距变速运行，利用风速、风向变化，风力发电控制系统不仅可对机组实现并网、脱网和调向控制，还能利用变距系统有效控制机组的功率及转速，实现风力发电机组运行安全、速度的有效提升，大大促进了电力行业发展。

3优化措施分析

3.1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备下列特征：具有较广的使用面，能够在大型风力发电系统中得到高效应用；在对风能进行转换时，具有较高的能量转换率，在转换完成后，还要具有较高的传输效率；能够对无功功率进行有效条件，实现功率因素的改善；具有较高的可靠性和安全性能。在确保运行效率较高的同时，具有大范围功率；设备成本不高，经济合理等。在风电系统中使用PWM整流器，可以对系统最大功率进行有效控制。在使用整流器时，采取矢量控制方式能够将有功功率与无功功率之间的耦合解除，确保得到的无功功率满足运行要求。除此之外，PWM整流器还能确保有功功率的输出量达到最大，通过对直流环节进行设置，从而有效调节风电系统的无功功率和有功功率。

3.2谐波消除

在风机发电过程中，谐波的存在会降低电能整体质量，导致电的频率、电压等受到影响，破坏无功功率和有功功率之间的平衡性，因此必须将谐波的存在尽量消除。在实际运行阶段，谐波对风能发电的影响包括以下方面：增加发电机铁损、铜损，导致发电机出现超同步谐振；在电力设备运行过程中，谐波可能会引发设备热故障，导致系统正常运行受到干扰；导致控制电路及保护系统出现无动作，影响传感器的准确性；损坏电子设备，带来较大的经济损失。谐波消除方法包括下列几点：首先，利用电力变流器等电力设备，使其相位和谐波相互抵消；其次，谐波会导致无功功率增加，对电容器组进行合理调整，以此实现无功功率的改变，降低谐波对其影响；最后，采用三角形连接方式进行连接，将谐波进入量尽可能减小。此外，还可以根据实际情况进行滤波器的加设。

3.3现代控制技术

风力发电现代控制技术主要有以下几种：变结构控制、鲁棒控制、自适应控制以及智能控制等。在风电系统中，变结构控制应用较广，其主要原因为该控制方法具备响应速度快、设计简便、便于实现等优点；在对多变量问题进行处理时，鲁棒控制能够取得良好效果，对于稳定性较强的鲁棒控制，更是能够直接解决参数不准、建模误差以及物质系统受干扰等控制问题；智能控制方法较多，其中最典型的是模糊控制。模糊控制对于数学模型依赖程度较低，可以依靠专家经验对非线性因素的影响进行有效克服。现阶段，建立精确的风力发电机数学模型难度较大，因此在控制风力发电机组时，模糊控制能够取得良好效果，已经受到广大研究人员的关注和重视。

3.4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备下列特征：具有较广的使用面，能够在大型风力发电系统中得到高效应用；在对风能进行转换时，具有较高的能量转换率，在转换完成后，还要具有较高的传输效率；能够对无功功率进行有效条件，实现功率因素的改善；具有较高的可靠性和安全性能。在确保运行效率较高的同时，具有大范围功率；设备成本不高，经济合理等。在风电系统中使用PWM整流器，可以对系统最大功率进行有效控制。在使用整流器时，采取矢量控制方式能够将有功功率与无功功率之间的耦合解除，确保得到的无功功率满足运行要求。除此之外，PWM整流器还能确保有功功率的输出量达到最大，通过对直流环节进行设置，从而有效调节风电系统的