新能源风力发电中的控制技术分析

新能源风力发电中的控制技术分析

张峰

中电投新疆能源化工集团哈密有限公司   新疆 哈密市  839000 

摘要：风力发电是我国的重要资源之一，随着我国各行业的快速发展。对于电力能源的需求不断提升，传统的发电方式，一般为通过燃烧大量的化石燃料来产生电能，而通过这种方式生产电力能源不仅可持续性较低，还会在其生产与利用的过程中产生环境污染。环境污染一直是制约我国经济快速发展的难题，经济发展同时又依赖电力等能源作为支撑。因此，为构建可持续发展型社会，就必须加快转型我国现有的能源结构，增强对无污染的清洁型能源的利用。但在应用风电能源的同时，还必须关注电力生产的成本与质量，进一步深化对风力发电技术的研究，有利于增强风电能源的安全性、适用性。

关键词：风力发电；新能源发电；技术

引言

在风力发电技术飞速发展背景下，我国风力发电建设规模不断扩大。虽然目前我国风力发电产业规模已位居全球第二，但我国风力发电核心技术创新仍处于初步探索时期，风力发电技术在各领域的应用也尚浅。在未来发展中，相关部门应进一步探索风力发电技术可应用领域，并促进理论与实践的融合，同时加强政策支持与引导，从而进一步推动我国风力发电技术的进步，全面提升风能资源利用率，加快“碳达峰、碳中和”目标的实现。

1风力发电概述

风力发电利用风力发电机将自然界的风能转换为可以直接使用的电能，分为单机发电和并网式发电两种方式。单机发电是指由一台电动机直接带动发电机发电，这种方式适用于风力较为稳定且风速较小的地区。并网式发电是指连接风力发电系统与电网，通过电力电子设备调节发电机的输出功率，通常不会直接向用户供电。并网式风力发电目前是主流风电发展方向，也是未来风电产业的主要发展方向之一。并网式风力发电具有以下特点：对电网的要求较高；风电场运行具有间歇性；风电场运行受天气影响较大；风电场规模和容量有限。随着技术的不断发展，并网式风力发电能够满足大规模风电的接入要求。风电机组发电周期短、随机性较弱，可以通过预测风电机组功率波动性，实现连续发电。大规模分布式风力发电并入电网后将对电网的安全运行产生一定影响，可以通过调节风机的输出功率等控制风力发电并网时对电网的影响。

2风力发电原理

风力发电的原理较为简单，主要是通过风力驱动风车叶片运转，运行过程中在增速机辅助下能够进一步增加叶片转速。风力发电设备由风车叶片、发电机两大部分构成。风力作用下螺旋形风力发电机叶片旋转过程提供推动力，将动能转变为机械能。风力发电机主要由偏航、液压、刹车、控制系统及齿轮箱等部分构成。在发电过程中，齿轮箱和齿轮之间有效配合，协同作用能够提升发电机的运转速度，使实际发电功率处于较高水平，有效保证了输出电力的稳定性。偏航系统最大的作用是结合风向的变化情况灵敏调控风轮的扫掠面，确保扫掠面始终和风向维持垂直状态，提升资源利用率。风机、叶片能够围绕根部中心运作，借此方式增强风力发电系统对不同风况的适应能力。发电系统停机时，阻尼增加，方便发电机停运。停机期间，液压和刹车系统联动运作。对于风力发电而言，控制系统是实现自动化运行的关键，控制系统能够精准调控各系统模块运行情况，使发电机在相对稳定的电压和频率下运作，促进发电系统自动化并网及脱网，监控系统的运作过程，及时发现异常状况，快速发出预警信号，提升风力发电系统的故障处置效率，减少损失。

3风力发电关键技术

3.1无功功率和电压自控技术

由于该技术的自动化程度相对较高，需要多个系统参与安装调试，如空气和电压的自动控制子系统。该技术允许控制系统和其他子系统直接集成到监视系统或外部交互中，并同时保持子系统独立。风电机组运行时，子系统可自动收集相关运行参数，并借助通信线路将采集的参数传输至综合控制系统。无功功率和电压控制系统有两个主要应用：远程控制和现场控制。当变电站被远程控制时，它可以自动跟踪需要无功功率和电压控制的目标。在设定现场控制模式时，变电站将预设的电源电压与目标曲线相结合，以达到控制目标。通过无功功率和电压自动控制技术还可以手动控制变电站的运行或风电场的关闭，结合人工与自动化技术，提升风电运行的稳定性。在应用该技术时，子系统能够稳定风扇自身的无功电压，并充分保障无功电压的稳定性。如果无功补偿单元本身不能及时调整无功电压，变电站也可以调整无功补偿，确保无功功率的平衡。

3.2风力发电并网

（1）异步发电机组并网。分为直接并网和降压并网两种类型，其中直接并网适用于异步发电机功率在百千瓦级以下、但电网容量较大的情况，该并网方式的缺点在于可能在并网阶段产生较大冲击电流和电网电压下降。降压并网是在异步电机和电网之间串接电阻或电抗器，也可接入自耦变压器，以降低并网合闸阶段的冲击电流，减小电压下降幅度，降压并网的缺点在于电阻、电抗器元件会消耗功率，并网成功后需快速切除这些元件。（2）基于晶闸管的软并网。是在异步电机定子和电网之间连接每相穿入的双向晶闸管，确保三相均由晶闸管控制，双向晶闸管两端并联于并网自动开关动合触头。该并网方式的优点在于可省去一个并网自动开关，控制简单，且可避免自动开关触头弹跳、磨损、粘着现象。（3）同步发电机组并网。是利用变频装置将风力机驱动的同步发电机并联于电网，该并网方式采用变频变换装置控制输出，不存在电流冲击，且在“交-直-交”形式下，同步发电机组和电网的频率相互独立，风轮与发电机转速可随时发生变化，无须担心失步问题。

3.3变桨距调控

其应用原理是通过调整、控制桨距角度，完成对发电机组输出功率的调节。实践中，若检测到发电系统输出功率明显低于额定功率，桨距角全程保持在零度时，可以断定环境风力大小对输出功率高低起决定性作用；若机组所处环境风力偏大，机组输出功率显著高于额定功率时，系统将结合实测输出功率自动调控桨距角，使输出功率在额定功率之下，防止发电系统过载损坏。变桨距调控属于一种主动型控制技术，能够对风力发电系统实现闭环管控，在防控桨距失速情况方面应用性较好。变桨距调控技术能够确保风轮旋转以后，在正桨距角相对较大的工况下也能形成较大的启动力矩，在停机时将桨距角维持在90°，有益于降低风轮空转速度。

3.4变速风力发电技术

风力涡轮机中有恒速恒频风力发电与变速恒频风力发电方式，而后者能够让风力涡轮机工作得更加匀速，其能够按照风速的改变对工作状态进行调整，同时维持更稳定的发电频率。如果风速较低，就会更强劲的形成风能，若风速更高，就能完善与更改所转化的能量值，使得超出恒速风力发电机组规定范围。变速风力发电技术能够按照风速的实际改变对恒定的最佳叶尖速比进行维持，同时也能在风速较低时得到更大量的风能，从而保障输出更加平稳可靠。变速风力发电技术能够按照风速的改变进行调整，同时维持更合适的频率进行发电，进一步推动中国风力发电市场的进步。

结语

综上所述，新的能源体系需要自主学习型、智慧化“能源互联网”。相关人员应提高对能源互联网重视程度，通过不断创新和发展，构建开放式管理及服务平台，配置合理的交易准则以及技术标准，形成“能源资产市场”，实现能源资产的全生命周期管理，促进其可持续发展。

参考文献

[1]刘学强.互联网背景下风力发电关键技术展望探讨[J].中国设备工程，2020，000(02)：229-230.

[2]曲绍源.关于风力发电技术关键问题的研究[J].中国设备工程，2019，000(08)：196-197.