風力發(fā)電技術的發(fā)展及相關控制問題綜述

黃永平

摘要：隨著我國提出的新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實施，風力發(fā)電技術已經達到了空前的發(fā)展階段。本文主要是對現今風力發(fā)電的具體情況進行了分析，并總結了風力發(fā)電的基本技術，對現存的一些問題進行了進一步的討論，并針對這些問題提出了一些建議。

關鍵詞：風力發(fā)電;技術發(fā)展;控制問題

當今人們最關注的莫過于能源和環(huán)境的問題。常規(guī)的能源主要包括煤和石油等，但是這些資源十分有限，并且還容易造成大氣的污染。所以，我們需要重點開發(fā)可再生的能源，尤其是對于風能的開發(fā)，現今各國已經在風能的利用上取得了初步的成就。風力發(fā)電是一種能夠再生并且無污染的產能方式，風力發(fā)電的前景非常的好，所以很多國家的都選擇風力發(fā)電作為新式能源。我國因為風能的儲存量非常的大，并且分布十分廣泛，具有非常大的開發(fā)利用價值。近些年來，我國的風力發(fā)電方面的技術正在迅速發(fā)展，但是與此同時也出現了一些問題。對我國的風力發(fā)電現狀進一步的探究，能夠更好地推動風力發(fā)電方面的持續(xù)發(fā)展。

1我國風力發(fā)電的現狀

我國曾在2005年頒發(fā)了《可再生能源法》，當中明確地提到風能和太陽能等都屬于是可再生的能源，明確了可再生能源在資源開發(fā)方面的主題地位。從技術層面上來講，我國的風力發(fā)電技術在日益的強健，這表示著我國的風力發(fā)電技術已經具有兆瓦級風機的自主研發(fā)能力。并，隨著我國的風力發(fā)電的裝備在制造方面的進一步提高，我國這方面的市場地位也在逐漸地提高。現今，我國的風力發(fā)電的風力發(fā)電的基本制造零件已經能夠符合現今風力發(fā)電的具體需要，但是一些例如變流器等要求較高的零部件，還是需要進口。并且，我國相關的制造業(yè)還需要再技術上進行創(chuàng)新，提高風力發(fā)電的核心技術水品尤其是對于加強風力發(fā)電的關鍵設備進行技術的改革。

2.風力發(fā)電的技術發(fā)展

風力發(fā)電的技術主要是運用了空氣動力學以及自動控制等多個方面的學科，是一種綜合性十分強的項目工程。在風力發(fā)電方面，主要的研究難點就是風電機組的大型化以及風力發(fā)電機組的控制方式和技術等。

2.1風力發(fā)電機組控制技術的發(fā)展

控制技術是風力發(fā)電機組安全高效運行的關鍵技術，這是因為：

（1）大氣氣壓和氣溫以及濕度等因素對于自然風速的影響十分重要，而且自然風速和方向還隨著地貌特點等因素發(fā)生著變化，所以風力機的風能也具有一定的隨機性。

（2）為了能夠更好地利用風能，一般的風力發(fā)電機組的葉片直徑有60-100mm，所以風力發(fā)電機組有著一定的慣性。

（3）自動控制對于風力發(fā)電機組的并網和脫網、輸入功率的優(yōu)化和限制、風輪的主動對風以及運行過程中故障的檢測和保護中都應得到很好地利用。

（4）一般來說，風力資源比較豐富的地區(qū)環(huán)境都不是很利于人類生存，一般都是在海島或者是較為偏遠的地區(qū)，還有甚者在海上，所以，再設計風力發(fā)電機組時需要考慮無人管理或者是能夠進行遠程監(jiān)控。這就對于風力發(fā)電機組提出了更高的要求。

所以，現在很多人都致力于研究風力發(fā)電機組的控制，這些研究對于風力發(fā)電的機組進一步優(yōu)化有著十分重要的意義。而將計算機技術應用到風力發(fā)電機組的控制上能夠取得更好的成效，對于優(yōu)化風力發(fā)電技術有著十分重要的作用。結合計算機技術應用到風力發(fā)電的控制技術當中，能夠使風力發(fā)電技術進一步地提高，在控制方面上，從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展，而且還有向著智能化方面發(fā)展的趨勢。

2.3風力發(fā)電機組控制策略的發(fā)展

風能的能量密度較小，而且也沒有足夠的穩(wěn)定性，會隨著風向以及風速等因素的改變發(fā)生一定的變化，這就需要風力發(fā)電機組的葉片攻角能夠隨時變化，讓葉尖的速度比的偏離值達到最佳，風力發(fā)電機組的空氣動力效率以及輸入到傳動鏈的功率發(fā)生變化，影響了風電系統的發(fā)電效率并引起轉矩傳動鏈的振蕩，會對電能質量及接人的電網產生影響，對于小電網甚至會影響其穩(wěn)定性。風力發(fā)電機組通常采用柔性部件，這有助于減小內部的機械應力，但同時也會使風電系統的動態(tài)特性復雜化，且轉矩傳動模塊會有很大振蕩。目前，對風力發(fā)電機的控制策略研究根據控制器類型可分為兩大類：基于數學模型的傳統控制方法和現代控制方法。傳統控制采用線性控制方法，通過調節(jié)發(fā)電機電磁轉矩或槳葉節(jié)距角，使葉尖速比保持最優(yōu)值，從而實現風能的最大捕獲。對于快速變化的風速，其調節(jié)相對滯后。同時基于某工作點的線性化模型的方法，對于工作范圍較寬、隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴重的風電系統并不適用。

3.存在的問題及展望

這些年來我國的風力發(fā)電事業(yè)雖然得到了空前的發(fā)展，但是也出現了很多的問題。

因為我國目前為止還沒有完全的掌握風力發(fā)電設備的核心技術和一些零部件的制作技術。在一些設計的技術上，我國每年都需要花費大量的資金在專利以及生產許可證等上面，而且一些有自主研發(fā)能力的風力發(fā)電企業(yè)，他們設計時需要用到的應用軟件以及很多數據都需要去進口。在風力發(fā)電機組的制造中，風力發(fā)電的控制系統和逆變系統同樣需要大量在國外購買，并且，一些風力發(fā)電機組的重要零件，例如軸承和齒輪箱等和國外生產的進行對比在質量以及使用年限和可靠性上都較差。而且，我國的風力發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃和我國的電網方面的計劃之間有一些出入，其上網的容量相比于裝機的容量小上很多。風力發(fā)電的重點是進行資源規(guī)劃，我國的風力發(fā)電選址時經常不會考慮當地的電網情況，在這種狀況下就導致了我國的很多風力發(fā)電的裝機容量過大，和并網發(fā)電不適應的情況。在2019年新建設的風力發(fā)電機組的容量中大約有三分之一不能夠上網，輸送電是現今風力發(fā)電事業(yè)發(fā)展的最大阻礙。最重要的是我國的風力發(fā)電技術和相關的規(guī)定還不是很完善，例如風力發(fā)電機組在制造的過程當中檢測、調試等環(huán)節(jié)的標準需要進一步規(guī)劃。

4.結束語

所以，對于我國風力發(fā)電事業(yè)的未來能夠更好地發(fā)展，我們需要進一步加強對于現有技術的掌握，還要對這些技術進行創(chuàng)新，加強風力發(fā)電的電網建設，保證建設的風力發(fā)電機組中的容量都能夠上網，對風力發(fā)電進行合理的規(guī)劃和開發(fā)。最重要的是我們需要加強相關政策的建設，建立較為完善的風力發(fā)電標準，以更好地促進我國的風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。