风力发电及其控制技术新进展探究

风力发电及其控制技术新进展探究

刘磊

（国家电投集团沧州新能源发电有限公司河北省沧州市061000）

摘要：随着国家新能源发展战略的实施，我国风电产业已经迈入跨越式发展阶段。风电有着可再生、能量大、无污染等特点，同时我国风能储备量大，分布广泛，有着非常大的开发潜力，所以发展风电能源已经成为一种必然趋势。做好风力发电及其控制技术的研究，具有十分重要的意义。

关键词：风力发电；控制技术；研究

1风力发电设备的设计与制造技术研究

为了向用电单位提供优质的供电，风力发电设备在其中发挥着重要的作用，并且也影响着风力发电组的发电效率。风力发电设备的核心是风力的电轮，而仿真软件测试系统为设计和制造风力的发电设备提供了技术支持和数据信息。在设计的过程中，应注意叶轮的设计形状，并通过相关技术优化对风力转化为电能的设计，这是整个技术研发的核心。在进行数据测算时，从力学和空气动力学角度考虑，经过多次测验，可以从多种方案中优中选优，以便在数值模拟技术、风洞实验技术等众多技术中取得良好的效果。如今风力发电并网技术，即将风力发电和现代的电力技术相结合，可以实现风力发电的最大价值。这项技术的使用，使得风能作为最优质的能源补充，发电机并网过程是一个瞬变的过程，它严重影响着后期的发电质量，现代化的设计方案和仿真软件的应用，为发电机组设备的更加精细化的设计提供了技术支持。但是在运行过程中，需要解决并网控制和功率调节问题，以维持电网自身的稳定性。

2风力发电工程技术的应用

风力发电可以和太阳能发电、水力发电技术相结合使用，通过能源供电的组合进行合理配置，以得到较稳定的电力供给，为了降低发电成本，将从以下几方面谈一种复合的供电组合。

2.1风力发电在太阳能发电中的应用

在我国冬季太阳能辐射小。风比较大;而到了夏季，风较小，太阳辐射强。再结合我国的气候类型和地形因素，可以得到适合在我国将风能和太阳能互补发电，在很多地区将实现这一应用，很多有优势的因素决定了这一应用，为区域的稳定供电提供了保障。

2.2风力发电在水力发电中的应用

在风力发电中会出现一些不稳定因素，但是将风力发电和水力发电相结合互补，将提供稳定的电能供应，通过水利发电装置，为稳定供电提供保障。然而当水利蓄能不足时，也可以通过风力发电弥补水利发电的不足，提供电能。结合相关条件，可以实现风能和水能的互补功能。

2.3风力发电在燃气发电中的应用

风能发电中的供电系统或者燃气发电中的系统一旦出现问题，另一种供电系统可以提供能量供应，实现电能的互补。这样就可以避免出现断电的现象，在现实应用中，就可以为用电户提供稳定的电力供应，风力发电和燃气轮机发电之间的互补系统得到了很好的应用。

2.4风力发电系统在柴油发电系统中的应用

在岛屿中，结合环境特点，使用较多的是柴油发电或者风力发电，风力发电是环境中的一种自然资源，使用较多，但是也有缺失的现象出现，此时，可采用柴油发电进行弥补。当柴油价格上升，成本大时，或者其他方面的原因导致不能发电时，可以采用风力发电进行补充。这种互补能给区域供电提供相应稳定的供电模式。

3风力发电控制技术发展

3.1风力发电机组控制技术发展

风力发电机组安全高效的运行离不开控制技术的支撑，主要受到以下几个方面因素影响：第一，随着大气压、温度、湿度等因素的变化，自然风的方向和大小也相应地发生变化，同时受到风电场地地形等因素影响，自然风存在有不可控性和随机性的特点，因此风电机组所获取的风能同样存在有不可控性和随机性；第二，为了最大限度地提高风能利用率，风电机组叶片直径可到100m，在运行过程中存在有非常大的转动惯量；第三，在风力发电机组并网、输入功率优化、运行过程中故障检测和保护等方面，利用自动控制技术，能够起到非常好的应用效果；第四，很多有着丰富风力资源的地区地形环境相对较为恶劣，尤其在边远地区以及海岛等区域，人们更希望风力发电机组可受到远程监控，实现无人值班运行，对风力发电机组控制系统可靠性有着十分严格的要求。

当前已有很多学者在风力发电控制技术和控制系统等方面展开了大量的研究分析，这些研究能够很大程度上促进风力发电机组的优化运行。随着计算机技术以及自动化技术在风电领域的应用，并网运行风力发电控制技术迅猛发展。在控制形式方面，由单一定桨距失速控制向变桨距方向发展，智能化水平越来越高。定桨距型风力机，轮毂与桨叶固定连接，固定桨距角，风速发生变化时，桨叶迎风角固定。失速型风力机浆主要是在风速超过额定风速情况下，利用桨叶本身失速特性，将气流功角提升至失速条件，桨叶表面会有涡流出现，进而限定发电机功率输出。失速调节型有着简单可靠的特点，当风速发生变化时，只需要通过桨叶被动失速调节控制系统，即可实现调节目的，控制系统得到简化。但是这种类型的风机存在有叶片重量大等缺陷，塔架、桨叶等部件在运行过程中会受到较大的风力作用，机组整体效率不是很高，关键部件容易发生疲劳磨损。

3.2风力发电机组控制策略发展

风能能量密度低，稳定性差，在风向和风速方面存在有随机性变化的特点。风力机叶片功角在转动过程中不断变化，叶尖速比逐渐偏离最佳值，风力机输入到转动链功率也会相应发生变化，风电系统发电效率受到影响。转矩传动链振荡，影响到接入电网的电能质量，如果接入小电网，甚至会对电网稳定性带来冲击。风力发电机组一般选择柔性部件，内部机械应力会有明显减少，风电系统动态更为复杂。

目前，依据控制器类型的不同，风力发电机控制策略方面的研究一般有两种形式：一种是传统控制方法，即线性控制方法，通过对桨叶节距角以及发电机电磁转矩的调整，叶尖速比始终处于最佳值，能够最大限度捕获风能，但是对于变化速度过快的风速，其调节作用相对较为滞后，存在有较多不确定性因素、工作范围大、随机扰动大，很难取得理想的应用效果。另一种是现代控制方法，包含智能控制、结构控制、自适应控制等，其中结构控制在实际应用中有着非常快的响应速度，设计简单，参数变化敏感性低，在风电系统领域有着非常广泛的应用；鲁棒控制在实际应用中能够实现对多变量问题的有效处理，使干扰位置系统、参数不准确、建模误差等方面问题得到解决；在智能控制方面，模糊控制属于其中一种典型类型，这种控制能够利用语言规则替代专家知识经验，提高控制有效性，克服非线性因素影响。风力发电机准确数字模型建立存在非常大的难度，而模糊控制有着非常好的应用效果，当前受到的重视度越来越高。人工神经网络主要利用工程技术手段等，构成各类不同拓扑结构神经网络，与生物神经网络较为类似，在风力机低风速节距控制方面有着非常好的应用效果。

结束语

随着技术的不断发展，社会对风力发电的需求逐渐增加，其应用也越来越广泛，经过发展，已经改变了传统的发电模式，风力发电已成为一种最好的模式。但是相应的风力发电技术也应该同步提高，以提供更好的技术支持，在我国已经具备风力发电的环境，随着技术的不断发展，我国的风力发电得到了快速发展，逐渐推动着世界的发展。

参考文献

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