风力发电技术与功率控制的对策

风力发电技术与功率控制的对策

在实际分析风力发电技术的过程当中我们也必须不断加大对变速恒频双馈风力发电机组最大捕获的功率控制策略的进一步研究。也就是说在实际对風速以及额定风速进行控制的过程中必须实现对发电机转子励磁电流以及频率的掌握，实现对最佳工艺曲线的科学追踪。额定风速以及切出风速中间会有不可避免的风力机叶片桨距角调节工作，这也是保持额定功率不变的重要手段。

标签：风力发电；变流器；最大能量追踪；双馈风力发电机

通过与化石能源及核电进行比较后我们可以发现开发成本较低、清洁环境、安全以及可再生是风能的明显优势与特征。根据相关理论，我们可以发现风力机从风中所吸收的能量。不能达到空气动能的百分之六十，在受到各种客观因素的影响下，其实际值更小，其中机械结构就是主要原因之一，因此现阶段风能规模化利用利用的主要问题就是如何实现对转换效率的有效提升。并且实现对更多风能的获取。

一、风力发电技术发展态势

1.小容量向大容量发展

大型化是风电机组单机容量未来发展的主要趋势与方向，现阶段主流机型都在1mw以上单机容量最高可达到5mw。西方先进国家已经将风力发电机研制为7mw而英国正在逐步研制一种巨型风力发电机，在风力发电机的制造过程当中制造机器可实现对建造发电站之间的逐渐转变。

2.陆上风电向海上风电发展

从发电机理角度对其进行分析后，我们可以发现海上风力发电与路陆地上的风力发电之间存在一定的相似性。如果在海上对风电场进行建立不仅可实现对占用绿地土地资源问题的有效改善，同时也可利用海洋的空间优势实现对风力资源的有效获取。这也是我们实现批量化以及规模化生产的重要手段，进而促使风力发电的成本在原有基础上得到大幅度下降。

通过相关调查与分析我们可以发现在提高风力发电机组风能利用效率方面基于风速的功率控制方法起着不可替代的重要作用，同时可在有效缩短风力机对风时间的基础上促使风力机对风精度以及使用寿命得到有效提升。

3.定桨矩向变桨、变速恒频发展

变速运行与恒速运行的风力发电机组相比，可以按照捕获最大风能的要求，在风速变化的情况下实时地调节风力机转速，使之始终运行在最佳转速上，具有减少机组机械应力、增加风能捕获、对风速变化的适应性好、生产成本低、效率

高等优点。德国的Enercon公司、丹麦的Vestas公司生产的变速风电机组数量处于世界领先位置。

二、风力发电机组功率控制技术

1.风力机变桨距控制

风力发电机组根据风轮叶片与轮毂的安装结构可分为定桨距和变桨距风力发电机两大类。其中，定桨距风力发电机的叶片固定安装在轮毂之上，风速变化时，桨叶安装角不会发生变化。定桨距风力发电机需要解决两个问题：

（1）速高于额定风速时桨叶能自动调节功率，使其限制在额定值附近；

（2）运行中的风力发电机在需紧急停机时具备制动的性能，以确保风力发电机组能够快速安全停机。20世纪舳年代，叶尖扰流器成功应用于定桨距风力发电机组后，实现了风力发电机组的功率调节和气动力制动功能，再加上定桨距本身所固有的结构简单、性能可靠等优点，被普遍采用。

随着硬件设备和控制理论的发展，一直制约着变桨距风力发电机发展的可靠性问题渐渐被克服，变桨距控制技术重新得到重视。变桨距风力发电机的叶片与轮毂之间采用非刚性联结方式，允许叶片可以绕叶片纵梁进行节距调节，使得叶片相对于风向有不同的功角。当风速持续变化时，叶片的功角始终保持在最佳角度，从而使风力发电机组有可能在不同风速下始终保持其风轮的最佳转换效率，使输出功率最大。

当风速大于切出风速时，风力机停止工作，桨叶顺桨以保护风力机不受到损坏。变桨距风力发电机与定桨距风力发电机相比具有在额定风速点以上输出功率平稳特点，同时，变桨距风力发电机的叶片较薄，结构简单、重量小，使得发电机转动惯量小，易于制造大型发电机组。因此，大型风力发电机组采用变桨距技术。传统的变桨距方式主要有电液伺服和电气伺服两种形式。

出于限制动态转矩的目的。需要限制变桨距机构的输出节距角变化值，一般为5-120/s。对于大型风力发电机组，叶片改变节距角时所需的驱动力相对比较大，且对变桨距机构的强度和定位精度都有较高的要求。

2.风力机偏航控制

偏航控制系统是风力发电机组控制系统的重要组成部分。偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、扭缆保护装置、偏航液压回路等组成，主要作用是与风电机组的控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，提高风电机组的发电效率；保障风电机组的安全运行。风力发电系统的偏航控制系统主要分为甄大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。

3.风力发电机控制

目前，大型风力发电机组多数采用双馈异步风力发电机。如图l所示，双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相位、幅值和相序的三相电源激励，一般采用交一直一交变流器（变换器）。

双馈发电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化作相应调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频率不变，还可以调节电网的功率因数，提高系统的稳定性。

三、基于风速的功率控制方法

基于风速的风力机输出功率控制方法，当风速在切入风速和额定风速之间变化时，采用变速控制方法，追踪最佳功率曲线，获得最大功率；当风速在额定风速和切出风速之间变化时，采用变桨距控制方法，调节桨叶桨距角的变化，保持额定功率不变。该方法的特点为能根据风速的大小选用不同的控制方法，实现风力机最大功率的输出，提高了发电机组风能利用效率，同时保证了风力机运行的稳定性和可靠性。

结语：

风能利用发展势头强劲，风力发电技术El渐成熟、发电成本不断下降，风力发电机组单机容量不断增长，风电场正从陆地向近海发展，以更加充分利用风能资源。迫切需要解决风能规模化、低成本利用中涉及大功率风电机组与近海风能利用的关键技术，实现风能利用的高效率和高可靠性。

参考文献：

[1]张刚.液压型风力发电机组主传动系统功率控制研究[D].燕山大学，2012.

[2]张超.风力发电技术与功率控制策略研究[J].电子制作，2013（14）：30-30.