新能源风力发电相关技术探讨

新能源风力发电相关技术探讨

李想

大唐山东发电有限公司新能源分公司 山东 青岛 266499

摘要：随着我国社会经济的快速发展，对能源的需求量持续增加，能源消耗与能源匮乏矛盾日益激烈，突出了新能源开发利用的重要性与必要性。风能是可再生能源，具备可再生、资源丰富等优势，考虑到风能开发与利用的技术相对复杂，限制了风能发电的进一步推广与利用，因此必须增强新能源风力发电相关技术的研究力度。

关键词：新能源；风力发电；相关技术；

近年来，我国风力发电技术发展迅速，风力发电能够实现风能与机械能的有效转换，为社会生产提供充足且清洁的能源。风能属于可再生清洁能源，在我国分布广泛且储量巨大，开发与利用风力发电技术，可以不同程度上解决电力资源紧张以及生态污染严重等问题，实现社会发展、能源开发与生态环境保护等方面和谐发展。

1.新能源风力发电的类型

1.1新能源风力发电优势

相比于其他类型的能源，风力资源是取之不尽的，属于可再生资源。因此，风力发电可以在不使用传统能源的基础上实现发电。并且风力发电技术发展迅速，风力发电整体效率持续提升，为社会发展提供了源源不断的能源支持。其次，传统能源的大量使用会严重污染生态环境。燃烧煤炭会导致温室效应，大量煤炭的燃烧会造成大量二氧化碳气体。如果没有合理的处置煤炭燃烧后的残留物，直接排放会导致土地污染问题。而利用风力发电能够避免发生上述问题。风力能源是清洁能源，不会造成生态环境的污染问题。与此同时，风力发电与火力发电、核发电相比，前者的前期投入以及建设周期等方面根据优势。火力发电厂从项目立项到投入使用，需要经过很长的时间，建设周期较长，投入成本较高。风力发电工程的建设规模能够根据资源情况等因素来灵活地调整，选择相应的机型以及装机容量等，可以在陆地以及海上等位置建设，因此与其他发电方式相比，风力发电更为简便^[1]。

1.2新能源风力发电的缺陷

首先风力发电工程的占地面积较大。为了保证能源的更多获取，需要大量土地资源来建设风力发电工程。在建设风力发电工程时，需要选择地势开阔、障碍物少且地势高的位置，而部分地区风力不稳定会造成风能不稳定的输出。因此风力发电在位置上存在一定限制性。与此同时，风力发电会产生噪音污染问题，对周边居民造成一定影响。必须选择空旷且远离人群的位置建设风力发电工程，这对于工程设备的维护等方面提出了更高的要求。

2.新能源风力发电相关技术分析

2.1风功率预测技术

风功率预测技术在风力发电当中发挥着关键性的作用，因为预测周期与预测模型存在差异性，预测方法也存在一定不同之处。如果根据预测周期来划分，风电功率预测主要包括超短期、短期以及中长期等三个类型，其中超短期主要是风电必须实时调度的工程当中应用。短期预测主要是应用于机组的组合与备用机组的设置安装。中长期预测就是设备检修与风资源的评价等方面。如果根据预测模型来划分，风电功率预测技术主要分为了物理法、统计法与组合模型法。其中，物理法就是按照气象数据来模拟分析风电场周边气候与天气因素，结合预测到的风向、风速、气压以及空气密度等数据，创建必要的预测模型，根据机组的功率曲线来合理的预测风电功率。因为风速变化不存在规律性，因此预测结果会存在误差问题。统计法主要利用数学知识，明确现有和将要预测数据存在的函数关系，完成数据挖掘操作，从而明确相应规律，得出最终的预测结果。利用统计法来预测风电功率的过程中，需要利用相关算法完成，主要是时间序列算法以及机械学习算法。就组合模型而言，主要是因为预测方法的优点与不足有所不同，为保证预测结果的精确度，需要结合不同方法来综合应用，根据组合模型来保证预测结果精确度^[2]。

2.2风电机组功率调控技术

风力发电机组与控制系统的运行过程中，对风力发电机功率的要求极高，因此功率调节技术至关重要。风力发电机组必须实时的捕获风能，将其转换成机械能来实现发电动作，因为机组内部组成零部件在机械强度以及容量等各个方面都存在一定限制性，需要减少捕获风能来保证机组功率处于额定值范围中，从根本上保证风力发电机组运行的稳定性与安全性。调节风电机组运行功率时，可以利用定桨距失速控制技术，主要就是把螺距风机叶片和轮毂之间刚性固定来实现，结构简单且稳定性较高，缺陷在于叶片的顶角不可以根据风速的实时变化来进行相应的调整。定桨距失速控制技术主要基于空气动力学，保证涡轮机组输出功率能够根据风速变化而产生的变化。应用定桨距失速控制技术时，处于标称风速条件下，很难达到风能利用率的最大化。其次，还有变桨距控制技术，主要是进行桨距角的相应调节，实时的调整角度来满足于风电机组运行输出功率的有效调节的目的。风电机组运行状态下，在输出功率低于额定功率的情况下，应用变桨距控制技术，桨距角处于零度位置不变，可以不进行任何的调节处理。因为外界因素造成的影响，输出功率高于额定功率的情况下，调节系统会根据输出功率实时变化来进行实际桨距角的有效调整，保证风电机组的输出功率能够等于额定功率，同时控制系统也进行相应的调节，以此来产生闭环控制。变桨距控制属于主动型控制技术，其应用于风电机组当中时，可以解决桨距被动失速调节存在的问题。变桨距控制技术的应用过程中，在风轮处于旋转状态时，大正桨距角可以产生大启动力矩，处于停机状态下，桨距角处于90°状态，可以保证风轮空转速度处于最小状态。

2.3风电无功电压自动控制技术

风电无功电压自动控制技术利用了多个系统来共同完成自动化控制，其中涉及到风电无功电压自动控制子站与专门的监控系统等子系统。子站集成于统一监控系统当中，或者利用外挂方式来单独运行，子站主要是监视风电场当中各个设备无功电压运行的实际情况，通过通信线路来发送调节设备相应无功电压控制命令到监控系统当中。系统控制主要分为远方控制与就地控制。其中，远方控制状态下，子站自动跟踪无功电压的具体控制目标。就地控制状态下，子站根据预设并网点电压的目标曲线来实现控制目标。子站运行与控制状态能够利用人工方式来预设。此外，风电场中的控制设备都可以人工实现闭锁与解锁操作，设备运行需要利用系统来自动化控制。电网运行处于正常状态时，子站可以充分利用风电机组的无功调节性能来完成电压的调节，如果机组不具备无功调节，需要利用动态化无功补偿设备来实现无功调节^[3]。

2.4并网双馈风力发电系统

并网双馈系统的机械传动模型主要是实现风能与电能的合理转化。风力驱动风扇叶片的时候，叶片处于低速转动状态下驱动传动轴实现转动，在经由齿轮箱的时候，可以驱动转动轴实现高速运转。高速转动轴与电机之间直接连接，可以带动发电机的运行，从而形成电能，如此便可以实现机械能到电能的有效转换。如果运行状态下，实际风速无法满足于额定风速的要求，需要通过变流器来实现发电机组的控制。变流器的结构组成包括侧变流控制以及网侧电流控制方式。其中，侧变流控制中，风力发电机组通过侧变流设备来实现电流转换，能够控制电动势能，调节内部转子的运行速度，从而控制功率对电流整体稳定性造成的影响。而网侧电流控制可以保证风电机组中变流器与电网间无差别功率的有效调节。

结束语

综上所述，为解决社会发展与生态环境保护之间的矛盾，风力发电技术至关重要，目前我国风力发电工程建设取得了不错的成效，应用新能源发电风力发电技术，可以保证电能资源的持续开发与利用，解决传统能源短缺的问题，为社会建设与经济发展提供能源保障，并且利用新能源发电风力发电技术能够解决生态环境污染等问题，实现风力发电综合效率的不断提升。

参考文献

[1] 胡靖. 关于新能源风力发电相关技术之研究[J]. 魅力中国,2020(1):363.

[2] 李鹏. 针对新时期新能源风力发电相关技术讨论分析[J]. 百科论坛电子杂志, 2019,(013):389.

[3] 付增业. 关于新能源发电风力发电技术的探讨[J]. 科学技术创新, 2019(36):2.

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