關于風力發電電氣控制技術發展研究

李志偉++徐成鑫

摘 要：電氣控制技術指的是在先進技術的指導下，所實現的一種對多項設備的運行情況進行控制的技術。風力發電是一種主要的發電形式，是可持續發展理念的主要體現。本文在分析了電氣控制技術的前提下，對風力發電過程中存在的問題進行了闡述，并強調了問題的存在對發電過程帶來的嚴重影響，以此為基礎，提出了風力發電電氣控制技術的應用以及發展策略，希望能夠為問題的解決提供幫助。

關鍵詞：風力發電；電氣控制技術；能源

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0188-01

風能源是一種新型能源，將其利用到發電過程中，能夠達到節約不可再生資源的目的，是資源節約與環境保護的主要體現，但需要注意的是，受氣溫、氣壓以及環境等各方面因素的影響，風力發電的可靠性相對較差，對此，將電氣控制技術應用其中能夠達到解決這一問題的目的，對發電可靠性的提高十分有利。

1 電氣控制技術概述

就目前的情況看，這一技術已經被應用到了包括電廠等各領域當中。以風力發電為例，相對于火力以及水力發電等，風力發電受自然環境影響嚴重，一旦氣壓以及空氣溫度等發生了變化，其發電過程也會受到影響，因此可以說，其發電過程具有不穩定性[1]。為了提高風力發電效率，我國已經對發電機組的葉片直徑進行了改良，一定程度上使得發電效率得到了提高，但鑒于風力發電所面臨的自然環境的惡劣性，想要使發電過程能夠更加順利的實現，還必須加強對整個運行過程控制，這樣才能達到更好的控制效果[2]。電氣控制技術的出現為控制過程的實現提供了途徑，將其應用到風力發電過程中，已經成為了該領域發展的必然環節。

2 風力發電過程中存在的問題

風力發電對于能源節約以及環境保護的重要性不言而喻，但受自然環境等多種因素的影響，其在運行過程中仍存在一定的問題，主要體現在以下方面[3]：

2.1 電網質量得不到保證

風力發電具有一定的不穩定性，這是導致電網質量得不到保證的主要原因。顯而易見，風力發電主要是通過對風資源的利用而實現發電的過程，風資源本身具有很大的不穩定性，其速度以及方向均不固定，因此，若無法對其進行合理的控制，在上述兩方面因素發生變化時，電力負荷以及電能均會產生一定的變化，如變化過大，超過了電網所能夠承受的范圍，電網質量便會受到影響。

2.2 風力發電系統構成情況復雜

受技術水平等因素的影響，目前我國風力發電系統的構成情況以及動態特性都十分復雜。作為兩種主要系統模型，線性模型與非線性模型在風力發電過程中均有所應用，但由于兩者在功能的發揮以及對于環境的要求方面有所不同，因此采用傳統的技術手段，統一對其進行技術控制，必定無法充分滿足兩種模式下風力發電系統的運行需求，由此可見，將新的控制技術應用到系統中已經開始變得尤為必要。

3 風力發電電氣控制技術的應用與發展策略

風力發電電氣控制技術主要包括變速風力發電技術、變槳距風力發電技術、主動失速風發電技術以及定槳距失速發電技術四種，四種技術分別憑借不同的原理而實現，主要體現在以下方面[4]：

3.1 變速風力發電技術

通常情況下，風力發電機在運行過程中其速度均保持平衡與穩定，針對這一特點，一旦自然界中的風速發生了變化，其運行情況以及發電頻率便會受到影響。變速風力發電技術的應用能夠使上述問題得到有效解決。在這一技術的基礎上，發電機的轉速能夠根據風速的代銷做出調整，在風速較大時，為了避免功率過大而引起電網的損壞，發電機能夠根據風速情況自行實現轉速調整，進而使功率得以平衡。我國國土面積較大，采用這一技術能夠有效的適應不同地區的不同風速情況，因此，將其應用到風力發電過程中很有必要。

3.2 變槳距風力發電技術

變槳距風力發電技術的原理在于通過對槳葉角度的調整，實現對較大的功率的調整，相對于其他電氣控制技術而言，這一技術的應用所使用的材料整體重量較輕，因此即使發生外力影響，其所受到的危害也相對較小，對于風力發電持續性的保證能夠起到一定效果。但該技術同樣具有缺陷，主要體現在對成本要求高這一方面。從長遠的角度看，在未來，隨著對該技術科研力度的加大，其成本必定能夠得到有效的減少，同時其應用范圍也必定能夠得到擴大。

3.3 定槳距失速發電技術

定槳距失速發電技術是在傳統風力發電技術的基礎上發展起來，通過對葉片結構的改良，實現對功率的控制的一種技術。在將其應用到實際風力發電過程中后發現，該技術能夠達到有效控制功率的目的，但基于其本身葉片重量的影響，該技術下風力發電的整體效率卻無法得到保證。變槳距風力發電技術是對定槳距風力發電技術的改良，解決了其中存在的槳葉重量過大的問題。

3.4 主動失速發電技術

為解決定槳距失速發電技術中存在的風力發電效率不高的問題，并解決變槳距失速發電技術中存在的對成本要求過高的問題，主動失速發電技術出現。在綜合考慮上述兩種技術的優勢的基礎上，主動失速發電技術對兩者的優勢進行了繼承，并對其缺陷進行了優化與改良，最終使得兩種技術下存在的缺陷得到了解決。總的來說，該技術的原理在于根據槳距角在不同情況下的變化去控制風能的捕獲量以及速度，理論上看，具有較高的應用價值，但從實踐的角度看，其很容易造成更加嚴重的失速，最終使得功率脫離控制，而對整個電網的運行造成不良影響。解決上述技術存在的缺陷是未來風力發電領域必須研究的主要內容。

4 結語

相對于火力發電等發電技術而言，風力發電具有可靠性低于穩定性差的特點，將電氣控制技術應用到風力發電過程中，能夠對功率等起到一定的控制作用，但不同控制技術均存在其固有的弱點與缺陷，從長遠的角度看，必須加強對電氣控制技術的進一步研究，這樣才能解決其中存在的問題，從而使其為風力發電穩定性以及可靠性的提高提供更好的保證。

參考文獻：

[1]王宏華.風力發電技術系列講座（3）風力發電控制技術的發展現狀[J].機械制造與自動化，2010，03：192-195.

[2]張薔，王廣梅.關于風力發電技術與功率控制策略的探究[J].電子技術與軟件工程，2014，03：174.

[3]王鵬，侯劍華，都佳妮.美國風力渦輪機技術監測與分析[J].技術經濟，2014，11：52-59.

[4]程啟明，程尹曼，王映斐，汪明媚.風力發電系統技術的發展綜述[J].自動化儀表，2012，01：1-8.