阐述风力发电机及风力发电控制技术

阐述风力发电机及风力发电控制技术

马晓强

广东能源集团贵州公司西北分公司，陕西 西安 710000

摘要：风力发电是一种新的能源形式，既可以减少能源消耗，又可以保护环境。将风力与洁净能源相结合，将会产生更多的综合效益。在此背景下，通过对风力运行过程中所涉及的各种先进控制技术的运用，可以有效地改善风力运行的品质与效率，从而更好地推动风力市场的形成与发展。为了提高风力的社会效益、经济效益和环境效益，对风力的发展提出了新的要求。

关键词：风力发电机；风力发电；控制技术

在某种程度上，我们国家的能源已经消耗殆尽，生态环境也受到了某种程度的影响，并且还在不断地恶化。在这种情况下，要想解决这一难题，就必须对新的清洁能源进行开发与利用，使其成为一种可持续、健康的发展方式。风力发电是解决能源短缺、实现可持续发展的重要途径，风力发电技术在我国日益突出。要提高风力的使用效率，就必须把握好技术要领。

1.风力发电机

风力技术是解决能源短缺问题的重要手段。风力以其特有的优越性受到了人们的广泛关注。在常规风力机组的制造中，一般都采用双电刷，采用的是感应式、同步式等串联方式，其转速大都接近于同步。采用定转速的方式，利用定桨间距的方式，有效地提高发电机的工作效率；同步发电机具有转速较低、轴径较小、发电电动机与电网相连、启动力矩较大等特点。风能涡轮已经得到了加强，并继续进行革新和改进。当前的新风机有：

(1)无刷双馈异步发电机具有结构简单、过载能力强、效率高、安全性好等优点，可以充分利用它的优点，改善普通双馈发电机的性能。过去的问题得到解决，并且显示出了实现一个异步阵列发生器的益处。

(2)PMSM的工作原理，主要是利用当前最先进的二极管取代电刷，使二者在相同的基座上有效地相连，并利用特殊的外部电枢结构，完成各种工作。由于 PMSM不需要添加任何的磁场设备，所以它在运行上有很大的优越性，是一种很有发展前景的新型 PMSM。

2.风能控制技术研究进展

风力机组的运行具有随机性和不可控性，其控制技术对风力机组的影响是不可忽视的。风速，风向，风力大小，都会因客观的自然条件而改变，是不可控制的。风力机具有较大的转子惯量，因此，选择合适的转子桨叶，可以使风能在有限的范围内得到高效的利用。风力机组的接入与退出都采用了控制技术。目前，风力系统中的许多技术都能在风力发电中得到应用，风力系统的控制技术日趋成熟，其控制方向也日趋多元化。定间距的风力机组不可能只靠安装叶片和轴心来改装。当风力比额定风速大时，利用停止运转原则，可将发电机的动力限制在额定风速以上。失速现象是在某一攻角下，空气中出现漩涡的现象。在无人操纵的情况下，当外界条件发生变化时，风机的失速就会发生变化。但是，由于风力机叶片重量大，各部件所受的压力大，造成机组运行效率低下，部分关键部件易发生故障。

3.风力调控技术在我国发展中的重要作用

当前，我国风力技术尚处在起步阶段，风力控制技术的研究与开发是促进风力技术优化与创新的关键。它的主要特征是：一、节能效果好。风力发电控制技术的作用是能够有效地减少发电过程中的能耗，确保风力发电能够得到更好的发展，避免由于管理不当而导致的资源浪费。二是能够有效地节省费用。从长期来看，风力发电在节能、环境保护等方面有很大的优点，但是前期投入巨大，而通过控制技术的应用，可以有效地降低风力的投入，从而促进风力发电的进一步发展。以及与之相关的工业。

4.我国风力发展的对策与调控技术

4.1电机调速技术的进展

风力机组的高速运行特性与控制技术密切相关，而造成这一问题的根本原因在于：风力机组所获取的风力发电是不可控的。首先，气候、环境等对人体健康有较大的影响。其次，由于风力机具有较大的转子惯量和较小的叶片直径，因此，风力机的使用效率和平稳性较高。第三，可以更好地使用风力发电进行自动控制。比如风力发电，当它与电网相连或与电网分离时，都可以作为一种自动控制。第四，产生风能发电的地点比较偏僻。比如，不是在海边就是在山中。若要利用无人驾驶飞机对风能进行严密监控，则需有高品质的风力发电设备作为支持。

近几年来，风力机组中采用的控制方法越来越多，比如定桨距风机、变速恒频风机等。相对于常规风机，变频恒速风机在风压较低时，其叶尖速比随着风压的改变而改变。在风力机组的控制技术开发中，其特点是在风力机组的输出功率大于额定值时，根据风速的变化，使机组的转速变化，从而获得最优的转速比。这种装置具有额定功率得到保障，输出功率趋于常数的特点。

4.2风电发电机的调功技术

风电机组功率调节是风力发电系统的一项重要的控制技术，它能使风力机对风力进行有效的调控，使风力机的输出性能达到最优。在风力的生产中，若超出了标称的价格，则会对各个组件的机械功率、发电机功率、电力电子设备的功率等造成一定的制约和影响。在这种情况中，有必要降低风力。停机，将风速维持在正常范围内时，可减缓风蚀，延长风机使用寿命。目前，可采用多种方法对风机进行调速，其中一种方法是连续变桨控制，该方法以固定间距的扇叶为主体，结构简单，工作可靠，但使用时叶尖角无法随风速变化而自动调节，导致风能利用率低下。特别是在风力不大的情况下，更是如此。另外一种是用来调节声音大小的。该调整方法能够有效地提升风力发电的效率，并使得风机的输出功率更为稳定，但是在具体使用时，必须对螺距角度的调整方式给予更多的关注，否则，其效率将不能得到最大程度的发挥。三是主动式停车控制.这种调整技术是基于刀片主动停止来实现的，使得调整更容易和更可靠。在风速小于额定值的情况下，可以按照风速的大小将装置分成几个阶段来控制。尽管其操作相对简便，但是其控制的准确度没有调高时那么高。

4.3电力电子变流器的控制方法

在大型风力发电机组的控制系统中，使用大功率电子变换器控制。电力电子变换器可以产生更多的风能能量转换率，在进行风力变换之后，仍具备了更多的能量传输效能和稳定性，同时还能进一步减小无功效率。因此电力电子变换的器具有工作范围广、工作功率大、价格低廉等优势。将PWM整流器引入到风力发电系统，可以对最大功率进行更好的控制，通过矢量控制的方法，可以有效地解决整流器的有功和无功之间的矛盾，从而使得无功能满足整流器的工作需求。

4.4风力发电机及相关电力电子变流器控制技术

风能是风能生产发展过程中最重要的能源。由于风力在高海拔地区的功率较大，因此通常需要在较高海拔地区进行能量转化，一般情况下，风力发电设备的自重较轻，风力发电效率较高。在一些特定的应用领域，目前被广泛使用的是一种高效率，低损耗的设备。

在风力发电系统中，除了强化对风力发电系统的控制之外，还必须采用电气电子转换器的控制技术。在风力发电系统中非常重要，它是将风能转化为电能的主要转换器。在选用功率电子变换器时，应综合考虑多种因素。要确保功率高，设备费用较低，合理节省。

结束语：

在我国目前的电力系统中，风力发电已经占据了很大的比重。电力产业与人民生活密切相关。大力发展电力生产，需要更多的努力，更多的投资。风力发电行业的发展，对生产性和消费性的提高起到了积极的推动作用。近几年，随着我国加强对风能的投入程度，风能发展也取得很大的进展。因为风能拥有容易获得、成本低的特性，风能在各个领域均取得了大力发展。随着风能发电技术的进一步发展和广泛应用，风能发电将成为我国经济社会发展的重要部分。

参考文献：

[1]王超.风力发电机及风力发电控制技术[J].湖北农机化,2020(18):33-34.

[2]刘赫男.浅谈风力发电机及风力发电控制技术[J].百科论坛电子杂志，2020(9):1640-1641.