关于风力发电电气控制技术发展研究

李志伟++徐成鑫

摘 要：电气控制技术指的是在先进技术的指导下，所实现的一种对多项设备的运行情况进行控制的技术。风力发电是一种主要的发电形式，是可持续发展理念的主要体现。本文在分析了电气控制技术的前提下，对风力发电过程中存在的问题进行了阐述，并强调了问题的存在对发电过程带来的严重影响，以此为基础，提出了风力发电电气控制技术的应用以及发展策略，希望能够为问题的解决提供帮助。

关键词：风力发电；电气控制技术；能源

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0188-01

风能源是一种新型能源，将其利用到发电过程中，能够达到节约不可再生资源的目的，是资源节约与环境保护的主要体现，但需要注意的是，受气温、气压以及环境等各方面因素的影响，风力发电的可靠性相对较差，对此，将电气控制技术应用其中能够达到解决这一问题的目的，对发电可靠性的提高十分有利。

1 电气控制技术概述

就目前的情况看，这一技术已经被应用到了包括电厂等各领域当中。以风力发电为例，相对于火力以及水力发电等，风力发电受自然环境影响严重，一旦气压以及空气温度等发生了变化，其发电过程也会受到影响，因此可以说，其发电过程具有不稳定性[1]。为了提高风力发电效率，我国已经对发电机组的叶片直径进行了改良，一定程度上使得发电效率得到了提高，但鉴于风力发电所面临的自然环境的恶劣性，想要使发电过程能够更加顺利的实现，还必须加强对整个运行过程控制，这样才能达到更好的控制效果[2]。电气控制技术的出现为控制过程的实现提供了途径，将其应用到风力发电过程中，已经成为了该领域发展的必然环节。

2 风力发电过程中存在的问题

风力发电对于能源节约以及环境保护的重要性不言而喻，但受自然环境等多种因素的影响，其在運行过程中仍存在一定的问题，主要体现在以下方面[3]：

2.1 电网质量得不到保证

风力发电具有一定的不稳定性，这是导致电网质量得不到保证的主要原因。显而易见，风力发电主要是通过对风资源的利用而实现发电的过程，风资源本身具有很大的不稳定性，其速度以及方向均不固定，因此，若无法对其进行合理的控制，在上述两方面因素发生变化时，电力负荷以及电能均会产生一定的变化，如变化过大，超过了电网所能够承受的范围，电网质量便会受到影响。

2.2 风力发电系统构成情况复杂

受技术水平等因素的影响，目前我国风力发电系统的构成情况以及动态特性都十分复杂。作为两种主要系统模型，线性模型与非线性模型在风力发电过程中均有所应用，但由于两者在功能的发挥以及对于环境的要求方面有所不同，因此采用传统的技术手段，统一对其进行技术控制，必定无法充分满足两种模式下风力发电系统的运行需求，由此可见，将新的控制技术应用到系统中已经开始变得尤为必要。

3 风力发电电气控制技术的应用与发展策略

风力发电电气控制技术主要包括变速风力发电技术、变桨距风力发电技术、主动失速风发电技术以及定桨距失速发电技术四种，四种技术分别凭借不同的原理而实现，主要体现在以下方面[4]：

3.1 变速风力发电技术

通常情况下，风力发电机在运行过程中其速度均保持平衡与稳定，针对这一特点，一旦自然界中的风速发生了变化，其运行情况以及发电频率便会受到影响。变速风力发电技术的应用能够使上述问题得到有效解决。在这一技术的基础上，发电机的转速能够根据风速的代销做出调整，在风速较大时，为了避免功率过大而引起电网的损坏，发电机能够根据风速情况自行实现转速调整，进而使功率得以平衡。我国国土面积较大，采用这一技术能够有效的适应不同地区的不同风速情况，因此，将其应用到风力发电过程中很有必要。

3.2 变桨距风力发电技术

变桨距风力发电技术的原理在于通过对桨叶角度的调整，实现对较大的功率的调整，相对于其他电气控制技术而言，这一技术的应用所使用的材料整体重量较轻，因此即使发生外力影响，其所受到的危害也相对较小，对于风力发电持续性的保证能够起到一定效果。但该技术同样具有缺陷，主要体现在对成本要求高这一方面。从长远的角度看，在未来，随着对该技术科研力度的加大，其成本必定能够得到有效的减少，同时其应用范围也必定能够得到扩大。

3.3 定桨距失速发电技术

定桨距失速发电技术是在传统风力发电技术的基础上发展起来，通过对叶片结构的改良，实现对功率的控制的一种技术。在将其应用到实际风力发电过程中后发现，该技术能够达到有效控制功率的目的，但基于其本身叶片重量的影响，该技术下风力发电的整体效率却无法得到保证。变桨距风力发电技术是对定桨距风力发电技术的改良，解决了其中存在的桨叶重量过大的问题。

3.4 主动失速发电技术

为解决定桨距失速发电技术中存在的风力发电效率不高的问题，并解决变桨距失速发电技术中存在的对成本要求过高的问题，主动失速发电技术出现。在综合考虑上述两种技术的优势的基础上，主动失速发电技术对两者的优势进行了继承，并对其缺陷进行了优化与改良，最终使得两种技术下存在的缺陷得到了解决。总的来说，该技术的原理在于根据桨距角在不同情况下的变化去控制风能的捕获量以及速度，理论上看，具有较高的应用价值，但从实践的角度看，其很容易造成更加严重的失速，最终使得功率脱离控制，而对整个电网的运行造成不良影响。解决上述技术存在的缺陷是未来风力发电领域必须研究的主要内容。

4 结语

相对于火力发电等发电技术而言，风力发电具有可靠性低于稳定性差的特点，将电气控制技术应用到风力发电过程中，能够对功率等起到一定的控制作用，但不同控制技术均存在其固有的弱点与缺陷，从长远的角度看，必须加强对电气控制技术的进一步研究，这样才能解决其中存在的问题，从而使其为风力发电稳定性以及可靠性的提高提供更好的保证。

参考文献：

[1]王宏华.风力发电技术系列讲座（3）风力发电控制技术的发展现状[J].机械制造与自动化，2010，03：192-195.

[2]张蔷，王广梅.关于风力发电技术与功率控制策略的探究[J].电子技术与软件工程，2014，03：174.

[3]王鹏，侯剑华，都佳妮.美国风力涡轮机技术监测与分析[J].技术经济，2014，11：52-59.

[4]程启明，程尹曼，王映斐，汪明媚.风力发电系统技术的发展综述[J].自动化仪表，2012，01：1-8.