風力發電及其控制技術研究

許喬

摘要：風力發電是形成清潔能源的主要方式，滿足現今我國能源發展綠色、環保的要求。為了能夠獲得更好的發電效果，做好控制技術的應用十分關鍵。在本文中，將就風力發電及其控制技術進行一定的研究。

關鍵詞：風力發電；控制技術；研究

1 引言

在社會不斷發展的過程中，對于能源也具有了更大的需求。在新的發展背景下，做好可再生能源的開發十分重要，包括有水能、潮汐能以及風能等。其中，風力發電是現今綠色發電當中的一項主要技術，需要能夠做好其技術的應用把握。

2 變速恒頻風力發電

2.1 恒速恒頻發電技術

在恒速橫頻發電中，通常通過籠型異步為發電機并網運行，風力機傳給電機后，其功率會存在隨著風速不斷增加的情況，且輸出功率也具有增加的特點。當轉子速度超出同步轉速5%時，則具有最大的輸出功率。當實際轉速超出該值時，異步發電機則將因此進入到一個不穩定區當中，并因此形成較小的反轉矩，進而形成較高的轉速。同時恒速風力機在轉速不變的情況下，風速經常發生變化，則會使風能利用值存在過高的情況，以此使電機處于低效狀態。

2.2 變速恒頻風力發電

對于變速恒頻發電技術來說，其非常適合應用在水力以及風力等能源開發領域中。對于風能來說，其是一種爆發性、不穩定性以及隨機性特點的能源。對于恒速恒頻方式來說，其僅僅能夠運行在固定的轉速中，當風速發生變化時，風能捕獲率也間隨之下降，進而對風能資源產生了較大的浪費。而通過對變速恒頻發電方式的應用，則能夠聯系最大風能要求對轉速進行實時的調節，在保證其始終在最佳轉速運行時對發電效率進行提升。在變頻恒速系統中，風力在變化的過程中則會將多余能量在機械慣性中存儲，以此對機械應力、疲勞損害情況進行減少，能夠有效的提升使用壽命。同時，能夠控制機組的無功功率以及有功功率，以此有效的改善機組動態性能，且能夠對電網同機組間的柔性連接目標進行實現。

3 風力發電控制技術

3.1 交-直-交發電技術

該技術是一套風力發電系統，電網在發電機之間具有變頻率以及變壓器，在風速變化的過程當中，發電機的轉速也將隨之發生變化，對頻率變化的電流進行發出。交流電在傳輸中，在通過整流器對其進行直流的處理，之后經過逆變器實現對恒定頻率交流電的轉換，之后將電能實現對電網的輸送。

3.2 變速橫頻發電系統

在該系統當中，由雙向變換器、控制電路以及雙饋感應發電機這幾部分組成。其中，發電機定子并到電網上，轉子通過進線電抗器、勵磁變換器同電網連接。在具體工作當中，風力機先將風能實現對機械能的轉化，之后經過機械轉動實現對電機轉子的的傳遞。在該過程中，共具有兩個變換器向轉子實現適合勵磁電流的提供，通過該方式對機械能對于電能的轉化目標進行實現，之后通過定子繞組實現對電網的輸送。在該方案應用當中，即在轉子電路中實現變速橫頻控制目標，在此過程中，流過轉子電路的功率也是電機轉速范圍具有關聯的轉差功率，其僅僅是定子額定頻率的一部分，并因此在成本方面具有了較大的降低。在交流勵磁雙饋型異步發電機中，所具有的控制方案在對變換器容量減少、對變速橫頻控制進行實現的同時在磁場矢量控制下也能夠對P、Q解耦控制目標進行實現，以此對于電網即能夠實現無功補償作用的發揮。

3.3 風輪控制技術

在風力發電系統當中，要想獲得更高的轉化率，即需要能夠在獲取風能當中的消耗量進行降低。對于風輪來說，其控制技術有：第一，葉尖速比控制。在風力影響下，風輪葉尖端的轉動線速度即為葉尖速，葉尖速同該時段風速之間的比值即是葉尖速比。在實際控制中，即需要能夠對該比值進行控制，通過該方式實現對風機系統的優化。在風速差異影響下，即需要能夠在該基礎上對最佳的葉尖速比進行確定，在此過程中，因不能夠對自然風的大小、速度進行調節控制，即需要通過對葉尖速的調整實現功能，包括調整風輪轉矩等，以此在對風輪邊緣速度進行調節的情況下實現葉尖速比的優化目標；第二，功率信號反饋控制。該方式在實際應用當中能夠對風輪的功率信號進行控制。在具體風輪運行中，條件在變化的過程中也將改變其實際條件，這也是應用功率信號反饋控制方式的基礎。在具體工作中，要通過對功率關系的分析繪制最大功率曲線。在實踐中，通過系統實際輸出功率同最大功率間的比較，即能夠獲得兩者之間的差值，以此為基礎上對風輪漿矩進行控制，保證具有最大的風輪運行效率。該技術在實際應用中能夠對控制成本進行有效的降低；第三，爬山搜索控制。在該方式中，即控制風機的功率點，其整個圖形類似拋物線，拋物線的最高位置即是其所具有的最大功率點。如果在實際工作當中無法確定工作點位置，則可以對風輪的轉動速度進行適當的增加，通過該方式對系統輸出直流功率進行改變。

3.4風力發電機控制技術

在風力發電過程中，風能是發電的重要能量來源。當同地面具有較大距離時，風力更大，對此，即需要能夠在高空位置完成能量轉化任務。對于發電機以及相關設備，在實際運行中需要對工作效率進行盡可能的提升，以此實現其重量的減輕。對于永磁發電機來說，其在實際運行中具有較高的效率與損耗，在現今風力發電系統當中應用廣泛，在現今工作中，可以通過模塊化方式的應用制造電機，以此降低制作成本。同時，在對系統電機進行控制時，也可以對矢量控制方式進行應用，該方式在實際應用中，即能夠有效的解除交軸以及直軸電流耦合，通過該方式降低功率因數控制難度。

3.5 電子變換器控制技術

電力電子變換器在風力發電系統當中具有重要的作用，其具有較廣的適用面，能夠應用在大型風力發電系統中。在實際轉換中具有較高的能量轉換率，在完成轉換后也具有較高的傳輸效率，能夠有效的改善功率因素，在安全性以及可靠性方面也具有較好的表現。在風電系統中對PWM整流器的應用，即能夠有效控制系統最大功率。在具體應用中，通過該方式的應用也能夠有效解除有功同無功功率間的耦合情況，以此獲得較好的無功功率。此外，該設備在應用中也能夠最大化功率輸出量，在設置直流環節的情況下對風電系統的功率進行調節。

3.6 無功功率補償

受到感性元件影響，系統當中的無功功率也將存在一定的消耗情況。當電壓經過感應元件時，因僅僅為無功功率存在消耗，此時在感應元件兩端的電壓則不會發生變化。當電壓值較高時，則具有較大的電流經過感應元件，以此對元件設備造成損壞。此時，即需要應用無功功率補償方式，以此起到抑制諧波作用的效果。

4 結束語

在上文中，我們對風力發電及其控制技術進行了一定的研究。在實際工作開展當中，即需要能夠充分聯系風力發電實際做好對應控制技術的選擇與應用，在不斷提升風力發電水平的情況下使我國電力事業獲得更好的發展。

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（作者單位：國電山西潔能有限公司）