風力發電機組的先進控制技術研究

董云波

云南能源職業技術學院 云南曲靖 655001

風力發電機組高性能的控制技術是提高風力發電水平，使風力發電機能夠安全運行的關鍵技術，其對于提高風能捕獲和并網發電可靠性具有決定性作用。而不平穩的功率不僅會破壞電網的穩定性，還有可能使電網頻率偏移正常值，進而損壞需要在恒定頻率下工作的各類電器。目前在風力發電領域，研究熱點和難點集中在大型風力發電機的設計、風力發電機的先進控制策略和優化技術等方面。

一、風力發電機

風力發電是一種緩解能源危機的有效手段，其以獨特的優勢得到了世界各國廣泛的關注和重視。傳統的風力發電機主要有籠型異步發電機、雙饋異步發電機和同步發電機等等。其中，籠型異步發電機主要是借助電容器實現無功補償，高于同步轉速附近恒速運轉，使用定槳距失速促使發電機運行。雙饋異步發電機在實際運用中可以有效降低功率變化器功率。同步發電機的轉速較低、軸向尺寸較小，更加適合應用在啟動力矩較大的并網中。

當前，研發人員對風力發電機進行了不斷創新和完善，其新型的風力發電機主要包括無刷雙饋異步發電機、永磁無刷同步發電機和永磁同步發電機等等。其中，無刷雙饋異步發電機自身優勢較為突出，結構簡單，過載能力強，運行效率更高、更可靠，可以有效改善傳統標準型雙饋發電機運行過程存在的缺陷和不足，同時其還具有籠型異步發電機的優勢。永磁同步發電機則是運用二極管代替電刷裝置，將兩者連接為一體基礎上，采用外電樞結構。永磁同步發電機不需要加設勵磁裝置，可以有效降低勵磁損耗，運行優勢較為突出，值得廣泛推廣和應用。

二、風力發電機組的變漿距控制技術

（一）風力發電機控制技術的重要性

風力發電機組的轉速主要受到三種力矩的作用：氣動動力轉矩、發電阻力轉矩和阻尼力矩，其中氣動轉矩是維持風力發電機轉動的動力矩。為了維持風力發電化的功率輸出在額定功率值，可以通過調整漿距角改變風輪葉片的受風面大小，與風速的大小變化達成一種平衡。而且，極端的風速突變情形，例如陣風等，會導致風力發電機產生嚴重的疲勞載荷，自動停機，甚至損害某些風輪部件。而變漿控制系統可以調整陣風對風輪的扭轉力矩，做出處理應對。

（二）L1自適應變漿距控制器

本文提供一種高風速段功率平穩、高質供電利于并網、對于不同風力發電機組無需反復設計的智能自適應變漿距控制方法，其能夠針對系統參數變化做到在線學習調整，以滿足大多數變漿距風力發電系統的需求。

L1自適應控制器主要是由狀態預測器、自適應機制和實際控制器輸出三個模塊構成。其中，狀態預測器是基于參考模型的基礎之上構建的，主要是計算出理想的輸出估計值；而自適應機制則可在線調整可校正參數，力求實際模型與參考模型的動態響應一致；實際控制器輸出中含有可校正參數的控制器輸出，是被控對象的實際控制量。以上各部分之間的關系如圖1所示。

圖1 L1控制器原理圖

根據圖上所顯示的內容，L1控制器可以實現實際被控對象對參考模型的跟蹤收斂，即當被控對象的參數被精確地在線估計時，相應的控制律使系統的輸出與參考模型的輸出相等。

三、風力發電控制技術發展趨勢

在風力發電機中運用控制技術，能夠更大范圍地應用風力發電技術，并緩解能源壓力，降低對資源的消耗，在提升效率的同時，促進風力發電機向著智能化、現代化的方向發展。尤其是在大型風力發電控制中，可以有效降低土地資源占用，提升系統運行功率。變槳距控制技術經過不斷完善創新，在實際應用中可以有效降低風力發電規模局限性，提升能源利用效率，創造更大的經濟效益同時，避免對周圍生態環境的污染和破壞。

四、結束語

綜上所述，風能作為一種清潔型的能源，其可以有效緩解能源危機，推動社會經濟的持續增長。同時，風力發電機組的先進控制技術經過不斷完善和創新，能夠推動社會的進步和發展，帶來更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]程申.大型風力發電機組變槳距控制技術研究[D].上海電機學院,2017.

[2]趙元元.風力發電機整機流場收斂性分析[J].內燃機與配件,2018(3).