風力發電機及風力發電控制技術綜述

邢鎮韜

摘要：風力發電產業還是具有非常樂觀的發展前景的，盡管仍然存在許多問題需要解決。而且風力發電技術通過不斷的完善以及創新，已經逐漸成為當前新型清潔能源中一個非常重要的組成部分，基于此，本文對風力發電機及風力發電控制技術理念概述、風力發電控制技術的發展現狀以及風力發電機及風力發電控制技術進行了分析。

關鍵詞：風力發電機;風力發電;控制技術

在能源和資源快速消耗的當下，自然生態環境也在受到資源消耗的影響逐漸惡化，因此，為了可以謀求經濟健康穩定持續地增長下去，應該大力地開發一些新型的清潔能源來緩解環境的繼續惡化以及資源的快速消耗。風力能源的出現，能有效地緩解當前階段出現的能源危機，從而進一步有效地推動當前社會經濟的不斷持續增長。

1 風力發電機及風力發電控制技術理念概述

1.1 風力發電機

1.1.1傳統風力發電機

籠型異步發電機屬于傳統發電機中最為常用的一種，其工作原理是使用用于無功功率補償的電容器，以與同步速度平行的恒定速度運行，使用恒定上升攻擊或有源信息亭刀以及與一速或兩速發電機一起工作。繞線式異步發電機是基于電機轉子由一個外部可變電阻組成，其工作原理是通過電力電子設備調節轉子電路的電阻，以調節發電機的滑差速度，使發電機的滑差頻率提高10%，可以實現有限的工作變速。

為了降低異步發電機網絡中功率轉換器的功率，在風力發電系統中廣泛使用雙電源異步發電機，并且可以通過控制轉差頻率來實現對發電機雙饋速度的控制。然而，這種類型的發動機具有電刷結構，該電刷結構的可靠性可忽略不計并且需要頻繁維護，使其不適合在環境非常惡劣的風力渦輪機發電系統中運行。

1.1.2新型風力發電機

新型發電機是近些年來風力發電機技術改進后的新型裝置設備，比較有代表性的就是開關磁阻發電機，開關磁阻發電機基于其簡單的結構與高能量密度的影響，有著較好的過載能力與動靜態性，可以更好地保證其可靠性與效率。

無刷雙饋異步發電機是基于對電刷取消只有實現的電磁調節效果，可以有效調節速度，永磁無刷直流發電機可以將二極管與直流單波繞組進行連接，效率更高，壽命更長。永磁同步發電機是在永磁體結構上實現低風速資源應用的重點，進而可以有效地推動發電時間與發電效果。

1.2 風力發電技術

現階段我國常用的風力發電技術就是定槳距失速風力發電技術、變速風力發電技術、主動失速、混合失速發電技術以及變槳距風力發電技術。這些發電技術基本上都是依照空氣動力學實現的風力運轉與風力輸出效果，在高效率影響下，風俗的變化與風力的變化之間形成了穩定的、趨于平穩的處理效果，更好的突出了轉矩脈動補償的優勢，在風力發電中值得進一步推廣應用。

2 風力發電控制技術的發展現狀

控制技術對于風力發電機的重要性主要體現在以下幾方面：（1）風力發電機所獲得的風能是隨機的、無法控制的。風速、風向、風力的大小會隨著客觀自然條件的變化而改變，本身并不具有控制性，要想得到控制，就需要通過技術手段來實現。（2）風力發電機的風輪慣性很大，風輪葉片直徑在特定的范圍內可以有效利用風能。（3）風力發電所需要的并網、脫網都會用到控制技術?，F階段，很多技術都可以應用到風力發電領域，風力發電的控制技術也越來越先進，控制方向越來越多元化。定槳距型風力機只通過連接槳葉、輪轂并不能發生改變，在風速高于額定風速的情況下，通過失速原理可以限制發電機的功率。所謂失速原理，指的是氣流達到一定程度的攻角后就會產生渦流。當外界因素讓輸出功率發生改變時，槳葉的被動失速調節就不會有任何控制，風力發電機組系統就會更加簡化。然而，風輪的葉片重量很大，一些部件受力大，所以發電機組的工作效率較低，一些重要部件也很容易損壞。

3 風力發電機及風力發電控制技術

3.1 變槳距風力發電技術

從空氣動力學的角度來看，當風速過高時，能夠通過調節槳葉節距和改變氣流對葉片攻角，進而改變風力發電機組得到的空氣動力轉矩，從而使輸出功率保持穩定。采用變槳距調節方法，風機輸出功率曲線平滑。當風吹時，塔筒、葉片和地基的影響比失速調節風力發電機小得多，可以降低材料的利用率，降低整機的重量。它的缺點是需要一個復雜的變槳距機構，需要陣風的響應速度快到可以減少風的波動引起的功率脈動。

3.2 變速風力發電技術

變速運行是風機葉輪的運行方式，其轉速隨風速的變化而變化，保持最佳的葉尖速度比和最大的風能利用系數。與恒速風力發電機組相比，風速隨風速變化的變速風力發電技術在運行中保持最優的葉尖速度，獲得最大的風能，當風輪轉速變化時，風速變化較大，提高了系統的靈活性和傳輸能力，使輸出功率更穩定，更有動力和功率轉矩脈動補償。

3.3 風能發電中諧波消除

在風機發電的過程中，諧波的存在會降低整體發電的質量，導致電壓頻率等都會受到影響，所以必須要采取方式將諧波去除，盡可能地減少對于發電的干擾性。諧波可能會導致發電機的損壞，甚至會導致出現同步的葉振諧波，甚至會導致發電設備的熱故障，導致正常運行干擾，破壞正常的電子發電系統，影響傳感器的正確性。為了消除諧波，可以通過電力變流或者是無功率增加對電容器進行調整等方式盡可能地減少諧波的影響。

3.4 ?現代控制技術

風力發電技術一般會有以下幾種控制技術：首先是變結構控制;其次是自適應控制及智能控制等方式。在風電發電的過程中，其中變結構的控制技術應用范圍比較廣，主要是該方法響應速度快，設置方便，能夠實現。其中，智能控制系統是當前十分重要的發展方向，但是由于當前數字模型的依賴程度比較低，所以需要進行有效的瓶頸克服，進行技術的突破，才能夠有效地促進智能控制系統的完善。

3.5 模糊控制

該方法也是一種較為典型的智能控制，其最大的特點就是將過往的經驗以及相關的知識表達為語言規則進行有效控制，必須要認識到風力發電系統是隨機性的非線性系統，因此模糊控制也非常適合于對風力機的控制，在發電機轉速跟蹤以及最大風能捕獲等諸多方面，都取得了非常好的效果。而籠型異步發電機則是采用模糊控機制對跟蹤設備進行改進，通過對參量的設置與學習，可以調節電機的轉動效率。

3.6 神經網絡控制

人工神經網絡憑借其豐富的非線性模型映射機制以及較為高效的自主學習能力，為自適應控制過程提高了極大的幫助。在風力發電系統當中，神經網絡可以根據專家的經驗，憑借以往觀察風速的數據，對風速進行預測。此外，在變槳距風力發電系統當中，可以利用神經網絡控制器在線學習，有助于實現快速捕獲風能，有效減少機械負載力矩。也可以根據當時的實際情況，按照風速大小以及發電機的整體狀況建立神經網絡自適應控制模型，提高效率降低事故的發生率，從研究觀測數據當中尋找出規律，并且充分利用這些規律對于未來所無法及時觀測到的數據進行預測，從而實現了有效控制。

4 結束語

在現階段的可再生能源技術當中，毫無疑問風力發電技術是發展速度最為快速的技術之一，雖然我國在這領域當中起步時間較晚，但是在總體應用上已經領先于歐美國家，并且在風電產業的發展上也具備了非常好的條件，幅員遼闊，部分地區常年處于大風環境中。然而對于某些關鍵技術，仍然是落后于人，因此想要在風力發電上取得好成績那么就需要在這些關鍵技術上進行突破，才能夠為我國經濟的發展作出有益貢獻。

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