張宏進

摘? 要：近年來，隨著我國社會經濟的持續發展以及國民生活水平的進一步提高以及人們環境意識和清潔能源意識的增強，各地開始了對清潔能源的研發，并建立起大型的風能發電站，風力發電系統在我國得到了廣泛應用。因此，該文主要闡釋了風力發電技術的工作原理以及風力機最佳運行原理，并在此基礎上提出了調節風力發電機功率的3種方式，最后對風力發電系統控制技術的實際應用進行分析。

關鍵詞：風力發電系統;工作原理;控制技術;調節方式

中圖分類號：TM614? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

19世紀70年代以后，人類開始進入二次工業革命，人類社會也開始進入電氣時代，電力得到了廣泛應用，并取代了蒸汽成為工業生產和社會生活的主要能源，給人類社會的生產結構和生活方式帶來了巨大的改變。隨著發電技術的發展，風力發電技術在我國得到了普遍應用，而風力發電過程中風力發電系統控制技術是促進風力發電技術進一步發展的重要基礎和影響因素，但是，隨著我國社會經濟發展和人類生活對電力需求的增大，我國原有的風力發電系統控制技術已無法滿足現代風力發電技術的高要求，阻礙了風力發電技術的進一步發展。

1 風力發電系統的工作原理

風力發電主要是利用風能進行發電，它是新型清潔能源開發后最為重要且效果顯著的發電方式。風力發電系統的組件主要包括了葉輪、發電機、變流器等。其中，葉輪的主要作用是收集風能后將其轉化為機械能，然后通過風力發電系統的發電機將其轉化為電能且電流為交流電;經發電機轉化的交流電又通過變流器轉換為與電網電壓相同的交流電，最后通過變壓器并入電網運行。其工作原理圖如圖1所示。

2 風力機最佳運行原理

通過相關研究后可知，影響風力機最佳運行的主要原因有3個：一是葉輪收集的風能;二是發電機的實際運行功率;三是發電機對風速的反饋效率。通過分析動力學的相關理論知識可知，風力機葉輪收集的風能轉換后的機械輸出功率（P）可用以下公式表示：

在公式（1）和（2）中，各變量的表達含義見表1。

在公式（1）中可以得到以下結論：1）如果風速（V）固定，風輪的吸收功率（Pr）與風輪的半徑（R）呈正相關關系，即當風輪的半徑越大，風輪吸收的功率也越強。但是，如果風輪的半徑過大，不僅會增加風輪的成本，還會加大風輪安裝的難度。2）如果風輪的半徑（R）為固定值，風輪的吸收功率（Pr）與風速（V）呈正相關關系，即當風速越大時，風輪的吸收功率越大。所以，為了提高風輪的吸收功率，要盡可能地將風力發電系統安裝在高度較高的區域，這是因為，同一個地方，風力發電系統的位置越高，風輪的風速也就越大。3）發電系統風輪的吸收功率（Pr）與風輪的葉片數量無關，但是卻與發電機系統周圍的空氣密度（ρ）呈正相關關系。4）通常情況下，風力機的功率系數（Cp）不可作為常數，且最大值為0.593，但卻會因為風速（V）、風輪旋轉角速度（ω）以及槳距角（β）的改變而發生變化。

2.1 變槳距調節

變槳距調節主要是在定槳距風力發電機組的基礎上通過調節葉輪葉片的攻角對風力發電機功率進行調節。當風力發電機調節功率超出額定功率時，槳距角（β）開始朝著風力較小的一面轉動一定角度，此時槳距角（β）與攻角（α）呈負相關關系，當風力發電系統并網運行后，變槳距機組運行時通過控制葉輪的轉速實現對風力發電機功率的調節。

2.2 主動失速調節

主動失速調節是變槳距調節與定槳距失速調節的有機結合。當風力發電機的風速較低時，需要使用變槳距調節的方式對風力發電機的功率進行調節，從而不斷提高風力機的氣動效率;當風力機的功率到達額定功率時，通過槳距失速調節方式讓槳距角（β）朝著風力較小的一面轉動一定角度，此時攻角（α）開始增大，并加深了葉輪葉片的失速性，風力機收集風能的能力下降，從而穩定的風力發電機的功率。

3 風力發電系統控制技術的實際應用

我國的風力發電系統控制技術常用于陸地發電建設以及海上風力發電建設。但是，在陸地發電建設的過程中，由于社會的用電需求量不斷地增加，導致陸地發電站的規模不斷擴大，占用了大量的土地資源。并且，有大部分的陸地發電站距離城市較近，陸地發電的功能容易受到城市高大建筑物的影響，風力發電系統控制技術不能夠發揮最佳狀態，導致風力發電效率低下，經濟性不強且造成了土地資源浪費。可是，隨著我國風力發電系統控制技術的發展，相關電力專家開始將風力發電系統控制技術應用于海上風力發電建設領域中。海上不同于陸地，它的風力資源更加豐富，并且，通過上文風力機最佳運行原理的研究可知，葉輪收集的風能是影響風力機最佳運行的原因之一，如果在海水較淺的區域建設海上風力發電站，風力機所能收集的風能遠大于內陸，風力發電機所產生的功率大約是陸地的1.5倍。但是，由于海上風力發電站的建設成本過高，且海上風力發電系統控制技術的應用還不成熟，存在著一些缺陷，還需要進一步加強對海上風力發電技術的研究。

4 結論

綜上所述，隨著國家社會經濟的不斷發展，我國的儲存能源也在不斷減少，環境也遭受到了一定程度的破壞，能源和環境問題日益突出，也越來越受到大家的關注，而風能作為我國的清潔能源之一，將其應用于發電技術中，遵循了我國綠色可持續發展理念，風力發電技術也成了我國最為常見的發電技術之一。目前，我國的風力發電主要有陸地風力發電和海上風力發電2類，給我國經濟社會發展和人類生活提供了所需的電力。但是，由于我國的風力發電系統控制技術還存在著較大缺陷，導致我國風力發電效率較低，極大地影響了我國風力發電技術的進一步發展。所以，為了提高我國的風力發電技術，必須要加強對風力發電系統控制技術的研究。

參考文獻

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