風力發電及其控制技術研究

施新春

摘要：在二十一世紀的今天，新能源的開發和利用已成為生態文明建設的重要組成部分，各種創新技術的應用，有效的提高了新能源的利用率。尤其在風力發電方面，我國已成為世界最大的風力市場，為構建能源節約型社會做出重要貢獻。本文圍繞控制技術展開討論，介紹幾種典型的控制技術。相信在科技的發展下，更多的技術會被運用到發電系統中。

關鍵詞：風力發電；現狀；控制技術

引言

先如今，人們解決能源和環境問題迫在眉睫，有些資源有限，還會產生許多污染。所以，世界各地都在關注可再生能源，而風電有許多優點，所以，利用可再生能源已成為各國的重點發展方向。我國的風能資源并不匱乏，所以開發潛力很大。我國的風力發電產業和控制技術的發展很快，因而，通過分析現階段我國風力發電的情況和控制技術水平的發展情況，為實現可持續發展戰略提供一些有價值的信息。

1我國風力發電的現狀

我國風力發電的發展在技術方面上分為三步，一是引進新技術，二是把技術消化吸收三是進行自主創新?，F如今，在這方面我國以快速發展起來。例如，我國的風力制造業不斷提升。還有隨著國內5WM容量等級風電產品的不斷改進，我國的兆瓦級機組在風力發電市場被大量使用。雖然我國的風力發電機組制造業和配置零組件的發展足以滿足所需，但是一些高級配置仍然需要從國外進口。所以，培養自主創新能力和不斷探索新技術迫在眉睫。目前，是創新的年代，是需要快速發展的時代，新能源就是一個活生生的例子。作為新能源的一個重要部分，風力發電近年來的發展越來越好。全球的能源越來越少，之前的能源已經不足人們也已經意識到了這個問題，風力發電無污染，施工時間比較短，投資也不多，而且需要的地區也不多，這就使得各個國家對其越來越關注。在風力發電系統中，并網逆電器是一個非常重要的裝置，其特性的好壞決定了發電是否靈活。隨著信息技術的發展，人們也將風力發電系統做出了很多改變，使其性能得到了很大改進，促進了其進一步發展。

2風力發電控制技術

風力發電控制技術主要包括定槳距失速風力發電技術、變槳距風力發電技術、主動失速/混合失速發電技、變速風力發電技術等。定槳距失速風力發電技術采用了軟并網技術、空氣動力剎車技術、偏行與自動解纜技術。變槳距風力發電技術從空氣動力學角度出發，當風速過高時，可以通過調整槳葉節距、改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發電機組獲得的空氣動力轉矩，使輸出功率保持穩定。主動失速/混合失速發電技是前兩種技術的組合。低風速時采用變槳距調節可達到更高的氣動效率，當風機達到額定功率后，風機按照變槳距調節時風機調節槳距相反方向改變槳距。變速風力發電技術是風機葉輪跟隨風速變化而改變其旋轉速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風能利用系數最大的運行方式。與恒速風力發電機組相比，變速風力發電技術具有低風速時能夠根據風速變化在運行中保持最佳葉尖速比獲得最大風能、高風速時利用風輪轉速變化儲存的部分能量以提高傳動系統的柔性和使輸出功率更加平穩、進行動態功率和轉矩脈動補償等優越性。

3風力發電的控制技術的發展

風力發電的控制技術是綜合許多學科的一項工程技術，比如：電學、力學等。

3.1風力發電機組控制技術的發展

控制技術極其重要，它是決定發電機組可以快速運行的關鍵，以下是幾條原因：

1）風力機得到的風能是不能控制的，有些隨意。因為平時的風速的方向和大小受大氣和地形的影響而變得隨機和難控制。

2）風力發電機組的的的風輪有很大的慣性，因為它的葉片直徑在一定范圍內，更好地利用了風能。

3）自動控制在多方面也能更好地被利用，比如在風力發電的并網和脫網時。

4）風力發電所需的風力所在的地方都是比較偏遠的，一般在海邊，工作人員想采用無人近距離的監控的方法來控制比較隨機的風力，這就需要風力發電機組變得更好。

有些技術在應用到風力發電的的領域后，其它的控制技術也在不斷的發展。并且，控制方式也不再單一，向著多方面發展。

定槳距型風力機就是槳葉與輪轂的連接是無法改變的。當風速高于額定風速時，用失速特性，限制發電機的功率就是失速性。而失速特性是氣流的攻角達到一定時，就會有渦流。失去調節型有許多優勢，因為外界因素改變輸出功率時，利用槳葉的被動失速調節不做任何控制，極大地簡化了系統。但是它的葉片很重，有些部件所受的力有些大，所以風力發電機組的效率很低，也會造成重要的部件被損壞。

近年來，我國找到了一種新型風力發電系統，也就是變速恒頻風力發電機組，它的很多性質都不受到外界影響。它同恒速風力發電機組比較，其優勢是能在風速低時跟蹤風速變化，在使用過程中可以更好的使葉尖速比達到適中，在風速比較快時，可以使機組正常地運作。前者用變槳距調節和勵磁控制使得正常運作。在風機發電控制技術發展的進程中，輸出功率比額定功率大時，機組就會利用風速來改變發電機的轉差率，達到最優的葉尖速比。該機組的優點是使額定功率得以保證并且輸出功率趨于穩定狀態。

3.2風力發電機組控制策略的發展

風力發電需要風能，但是風能比較隨機它的大小和方向不可控，就會使得葉片改變方向，葉尖速比也達不到標準。風力機的效率也會降低，輸入功率也會受到影響，更嚴重的，會使得其不穩定。風力發電機組的部件有柔性，可以減小壓力，不過，會使系統變得復雜會使有的模塊震動?，F如今，控制器有兩類，一是傳統控制，二是現代控制。前者的基礎是數學模型，可以更好的提高風能的利用率。但在變化過快時，就沒辦法發揮到最好。

3.3現代控制方法

現代控制方法有更多，比如魯棒控制，它可以解決多變量問題，使誤差減小，變得更準確。而變結構控制可以很快回應，步驟簡化，能更好地實施。這就使得它普遍被使用的原因。還有模糊控制，是智能地控制，它不需要數學模型就可以排除干擾。解決了數學模型不容易得到的問題，這種控制方法也被學者注意起來。人工神經網絡是利用工程技術去模仿人的腦神經元的特點和構成的一種系統，人們用人腦神經元建立各種各樣的擴展結構和網絡神經，從而建立一個生物網絡神經的仿真版，為控制風力機在風速較低時的距離，可以采用網絡神經的學習特點。

結語

以上是對現代控制技術的詳細介紹。通過對幾類典型技術的分析，可看出其在風力發電過程中發揮的重要作用。新型技術的融入，使風力發電擺脫人工操作的局限性，逐漸朝著自動化方向發展。對功率、風速等的有效控制，將發電機保持在最佳工作狀態，且大大延長槳葉、電機等裝置的使用周期。在科技的支撐下，控制技術還有很大發展空間。

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（作者單位：南京帕沃爾新能源科技有限公司）