互聯網背景下風力發電關鍵技術展望探討

劉學強

（重慶海裝風電工程技術有限公司，重慶 401120）

在全球應對氣候變化背景下，可再生能源在各國制定的減緩目標中將起到越來越重要的作用。面對能源短缺的局面，走能源可持續發展道路成為歷史的必然，風能作為最有開發利用前景和技術最成熟的一種新型可再生能源，在解決全球氣候變暖的問題、促進低碳產業經濟發展、提高國家能源安全等方面具有重要的戰略意義。在我國，風力發電有效減緩了我國煤電能源不足的狀況，能夠有效彌補可能出現的能源應缺口。由于科技的進步和發展以及人們對電能需求量的增加，表明發電關鍵技術要不斷革新，通過相關的機械設備以及技術等將風能轉化為但能，保證電力系統能夠安全、有效的運轉起來，不斷滿足人們對電能的使用需求。

1 風力發電的技術發展

風力發電技術設計多學科多領域，是一項綜合性高技術的系統工程。

1．1 風力發電機組機型及容量的發展

我國傳統風力發電機有籠型異步發電機、繞線式異步發電機、有刷雙饋異步發電機、同步發電機，傳統風力發電機存在的缺點是不能有效的利用風能，效率較低；運行可靠性較差，易受到環境的影響。而現階段我國新型發電機有開關磁組發電機，具有結構簡單、過載能力強、能量密度高的特點，常用于小型（≤30kW）的風力發電系統中；全永磁懸浮風力發電機，完成原始創新，與傳統風力發電機相比，能夠有效提高風能的利用率和發電效率，為社會帶來廣大的經濟效益，利于風能經濟的穩定發展。

1．2 風力發電機組控制技術的發展

保障風力發電機組高效運轉的關鍵技術的控制技術，能夠有效提高風能利用率。我國風能資源主要分布在東北、華北、西北地區豐富帶，如達坂城、阿拉山口等地區，這些地區普遍環境較為惡劣，對于靠近沿海地帶的風能資源，更是對風力發電機組的控制系統可靠性提出了較高的要求。科學技術的不斷進步和發展，尤其是互利聯網的應用范圍不斷擴大，為風電機組控制技術的改良提供了有效思路，將計算機技術與先進的控制技術應用于風電領域，能夠促進并網運行的風力發電關鍵技術的快速發展。并網型風力發電系統的基本工作原理是促使葉輪轉動從風能到機械能的轉化，從而帶動發電機從機械能向電能的轉化，產生的電能并入供電企業和居民使用。

2 并網風力發電關鍵技術研究現狀

由于受到風力資源分布不平衡的影響，我國北部地區的電網結構較為薄弱，風力發電會受到風速的影響，具有隨機性、不確定性的特點，且不具備介入大量風電的硬性條件，會對電力系統造成嚴重影響。現階段從系統持續運行的角度考慮，對風電機組的運行提出了較高水平的要求，即能夠在一定故障下，依據互聯網背景，能夠持續運行，保證電網運行達到最優狀態。雖然我國的并網風力發電技術起步較晚，但依賴于我國政府的政策支持下，風電發展技術也在不斷進步，但風電技術仍在存在不足，且存在風電系統容量在電網中所在比重較小，影響效果不明顯，再加上風電并網系還未完善建立，這些均表明，我國的風電技術發展還有很長的路要走。

3 并網風力發電技術存在的研究問題

3．1 低電壓穿越

風能是一種隨機性較強的清潔性能源，不能對其進行隨意調控，而大規模的風力發電介入會給電網系統造成許多不利影響。低電壓穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能夠在電網發生故障時，應用相關電子技術保證電網的安全運行。目前，國內并網型的風力發電機主要是直驅型風力發電機和雙饋型風力發電機兩類，二者均能夠實現風電機組在電網故障時的低電壓穿越功能，有效保證電網的有效運行。但面對電網中存在的各種故障，現有的解決方案并不能滿足低電壓穿越的條件，從而制約了風電并網的發展。

3．2 風電功率

鑒于風能的波動性和隨機性，進行風能預測就顯得十分重要，能夠有效保障電力系統的穩定運行。現有的風能預測方法：（1）時間序列法，根據歷史風能數據對短期風能進行評估和預測；（2）人工神經網絡方法，對非線性較強的模型產生的預測效果十分顯著，具有自學習自適應特性；（3）基于數值天氣預報對中長期風能預測的一種有效方法。為更好地促進風能的穩定運轉，根據不同預測方法進行風能預測具有重要意義。

3．3 電力電子設備及控制技術

電力電子設備的更新換代，以及控制技術的不斷完善和更新，有利于促進風力發電技術的穩定發展。重視對電力電子設備以及控制策略的有效研究，能夠有效解決風力發電技術的相關問題，如風力機轉速控制、變流器所產生的的諧波等。

4 并網風力發電技術的發展趨勢

由于國際上對新能源的開發和利用廣泛關注，以及隨著經濟的發展，對能源需求量也在不斷上升，風力發電技術受到了廣泛關注，目前并網風力發電技術呈現的發展趨勢如下：（1）海上風電場技術：眾所周知，海上風力資源比起內陸風力資源較為豐富，具有穩定的主導風向，且風電技術受環境的影響較小，能夠有效促進海上風電發展，但不可避免存在的一些技術性難題還有待解決，如風電系統保護和維保技術、海上風電場運輸技術以及海上風電場的協調控制技術等，若能夠得到有效解決，對并網型風力發電技術的穩定發展具有重要意義。（2）并網技術和最大風能捕獲技術的研究：針對并網型風力發電系統的研究，重點應當放在并網技術后發電的轉速控制能否達到最優，為進一步提高風電系統的可靠性，要不斷對并網開關的閉合進行有效調控。實現最大風能捕獲主要依賴于不斷調節發電機扭轉功率和槳距來實現的，能夠有效促進風電風電并網技術的快速發展。（3）大容量風電系統的研發：針對能源需求量的逐漸增加，兆瓦級大容量機組已成為發展趨勢，能夠有效提高發電設備的利用率，有效減少資源浪費，實現風電產業的經濟利益最大化。但目前針對大容量機組的研究存在許多困難，容量的增加，意味著要對風力發電機設備、材料以及相應的控制技術提出改進，加大了工作難度。現階段直驅式永磁風力發電機和多極永磁發電機的設計時目前作為參考的主要對象，對未來大容量機組的設計提供了重要指導。

5 展望

近年來，風能需求量的不斷增加，致使對風力發電系統容量提出相應改進，能夠更好地提高風能利用率。根據我國的實際情況，為進一步提高風能發電技術的可靠性，需要重視海上風力發電技術、風場協調控制技術等，不斷增加電網內部的穩定性和可靠性，不斷攻克技術性難關，為新能源的開發利用奠定重要基礎。