淺談新能源風力發電及其功率控制

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1 新能源風力發電的工作原理分析

新能源風力發電是指將風能通過風力發電機轉化為電能的技術。風力發電過程就是把風能經由機械能轉換為電能的過程，風能轉化為機械能的過程由風輪實現，機械能轉化為電能的過程由風力發電機及其控制系統實現。在這個過程中，風力發電機組大多為水平軸式風力發電機，其由多個部件組成，包括葉片、輪轂、增速齒輪箱、發電機、主軸、偏航裝置、控制系統、塔架等[1]。

2 新能源風力發電要點的分析

（1）風力測算以及相關選址要點。新能源風力發電自身的供電穩定性與風力發電設備和所在區域的風力有著直接關系，要想充分保證風力發電所產生的電力能夠滿足人們的需求，就必須要對風力發電進行風力測算工作，以保證風力發電自身供電的穩定性。因為風力的變化相對比較多，故而風力發電設備的選址必須要根據相關的風力進行測算，這樣才能有效保證風力發電能夠產生足夠的電能。

（2）與其他能源發電互補要點分析。①與太陽能發電互補的分析。我國地形特征以及氣候特征在一定程度上決定了風力發電以及太陽能發電能夠進行互補，進而達到可以穩定供應電能的作用。②風力發電和水力發電互補的分析。風力發電也可以和水力發電技術進行組合，以獲得更加穩定的電能。在實際應用過程中，風力發電取決于風能的質量，往往不夠穩定，風力發電能力隨著風力、風向等的變化而變化，而水力發電完全可以人為控制輸出電能，因此，可以采取風、水互補的形式，最終得到一個平穩的電能輸出。③風力發電和燃氣發電互補的分析。新能源風力發電于燃氣發電技術指點的能源互補可以提供更加穩定的供電，若是一種裝置的供電能力有所不足，另一種就能立刻提供供電的支持，這樣就能為用戶提供相對比較穩定的電能。在實際的應用過程中，二者之間的互補系統得到了非常好的應用[2]。

3 新能源風力發電的功率控制分析

（1）風力發電機控制。新能源風力發電功率控制可以通過風力發電機來控制功率輸出。風力發電機大多采用雙饋異步風力發電機。雙饋異步發電機的最大好處就是可以根據風速變化進行適當調整，這樣可以保證風力發電機的運行始終是最佳狀態，對風能利用率的提高有很大幫助。同時，在雙饋異步風力發電機運行過程中，通過控制饋入的電流參數，在保持定子輸出的電壓和頻率不變的基礎上，調節電網的功率因數，保障風力發電機的系統穩定。

（2）風力發電機變槳距控制。風力發電中的風力發電機組在安裝結構上根據風輪葉片和輪轂可以分為定槳距風力發電機和變槳距風力發電機兩種。定槳距風力發電機是將葉片固定安裝在輪轂上，在工作過程中，槳葉是不會發生角度變化的。變槳距風力發電機在實際工作中必須解決風速變化時槳葉自動調節功率和風力發電機的制動功能。具體表現在：①變槳距風力發電機在葉片和輪轂之間采用非剛性聯結方式，這樣葉片就可以在工作中通過節距的調整，根據風速調整葉片和輪轂之間的角度。在實際工作中，無論風速怎么變化，葉片與輪轂始終保持在最佳的角度，在風力發電中可以提高輸出功率；②在風力過大超出風力發電機的切出風速時，就會自動停止工作，槳葉可以在風機停止工作時保護風機不會受到損害。

（3）風力發電機偏航控制。風力發電機組控制系統中的風力機偏航控制非常重要，偏航控制系統在工作中與風力發電機組相互協調，可以保持風輪一直處在迎風狀態，這樣可以很大程度上提高風力發電機組的發電效率，同時也可以保障風力發電機組的運行安全。風力發電機偏航系統分為主動迎風偏航系統和被動迎風偏航系統。風力發電機偏航控制系統在工作中主要是在風力發生改變時，可以更好地調整風力發電機，讓風力發電機始終處在風向的正前方，這樣可以最大限度地捕獲風能，對風力發電機的功率輸出有很大提升[3]。

4 儲能系統在風力發電中的應用

隨著新能源電站的不斷增加，電網電能過剩，使得新能源消納成為電網亟待解決的問題之一，風力發電主要是依靠大自然風能的變化，風能存在一定的不穩定性和不確定性，而電網需要的是確定的、可控的電能，往往會通過風功率預測、理論可用功率、結合AGC最終保證電網的穩定性和可靠性。

風功率預測是通過實際氣象數據/實際功率非線性轉換關系尋找到預測氣象數據/預測功率轉換關系，采用數值天氣預報，建立預測模型，物理模型是應用大氣邊界層動力學與邊界層氣象的理論將數值天氣預報數據精細化為風電場實際地形、地貌條件下的風電機組輪轂高度的風速、風向，考慮尾流影響后，再將預測風速應用于風電機組的功率曲線，由此得出風電機組的預測功率，最后對所有的風電機組的預測功率求和，得出整個風電場的預測功率；

但由于風資源的不確定性和難以預測性，風功率預測準確率始終是行業內至今無法解決的一大難題，而風功率預測準確率低則會導致計劃曲線和風力發電廠實際功率存在偏差，最終使得風力發電廠有功功率產生較大波動。

在電網按照計劃曲線對風力發電廠通過AGC系統進行有功功率調控后，站內在大風時段必然會產生電能剩余，即限電棄風電量，而在低風速時段，則會發生輸送能力不足現象。儲能技術的發展完美地解決了該問題。

通過在風力發電廠增設配套的儲能設施，結合預先設定的策略，使得風力發電廠在大風時段，實際發電能力高于計劃，發生AGC限功率運行時，將剩余電能儲存于儲能系統；而在低風速時段，風力發電廠實際發電能力低于計劃，負荷達不到AGC給定負荷時，將所儲存電能釋放，

通過“削峰填谷”，將不可控因素轉化為可控因素，一是解決了風力發電功率控制的問題，確保了輸出電能的穩定性和電網的可靠性；二是避免了電能量的浪費、提高了風能利用率；三是大大提升了風功率預測的準確率，降低了電網考核。