风力发电机组的先进控制技术研究

董云波

云南能源职业技术学院 云南曲靖 655001

风力发电机组高性能的控制技术是提高风力发电水平，使风力发电机能够安全运行的关键技术，其对于提高风能捕获和并网发电可靠性具有决定性作用。而不平稳的功率不仅会破坏电网的稳定性，还有可能使电网频率偏移正常值，进而损坏需要在恒定频率下工作的各类电器。目前在风力发电领域，研究热点和难点集中在大型风力发电机的设计、风力发电机的先进控制策略和优化技术等方面。

一、风力发电机

风力发电是一种缓解能源危机的有效手段，其以独特的优势得到了世界各国广泛的关注和重视。传统的风力发电机主要有笼型异步发电机、双馈异步发电机和同步发电机等等。其中，笼型异步发电机主要是借助电容器实现无功补偿，高于同步转速附近恒速运转，使用定桨距失速促使发电机运行。双馈异步发电机在实际运用中可以有效降低功率变化器功率。同步发电机的转速较低、轴向尺寸较小，更加适合应用在启动力矩较大的并网中。

当前，研发人员对风力发电机进行了不断创新和完善，其新型的风力发电机主要包括无刷双馈异步发电机、永磁无刷同步发电机和永磁同步发电机等等。其中，无刷双馈异步发电机自身优势较为突出，结构简单，过载能力强，运行效率更高、更可靠，可以有效改善传统标准型双馈发电机运行过程存在的缺陷和不足，同时其还具有笼型异步发电机的优势。永磁同步发电机则是运用二极管代替电刷装置，将两者连接为一体基础上，采用外电枢结构。永磁同步发电机不需要加设励磁装置，可以有效降低励磁损耗，运行优势较为突出，值得广泛推广和应用。

二、风力发电机组的变浆距控制技术

（一）风力发电机控制技术的重要性

风力发电机组的转速主要受到三种力矩的作用：气动动力转矩、发电阻力转矩和阻尼力矩，其中气动转矩是维持风力发电机转动的动力矩。为了维持风力发电化的功率输出在额定功率值，可以通过调整浆距角改变风轮叶片的受风面大小，与风速的大小变化达成一种平衡。而且，极端的风速突变情形，例如阵风等，会导致风力发电机产生严重的疲劳载荷，自动停机，甚至损害某些风轮部件。而变浆控制系统可以调整阵风对风轮的扭转力矩，做出处理应对。

（二）L1自适应变浆距控制器

本文提供一种高风速段功率平稳、高质供电利于并网、对于不同风力发电机组无需反复设计的智能自适应变浆距控制方法，其能够针对系统参数变化做到在线学习调整，以满足大多数变浆距风力发电系统的需求。

L1自适应控制器主要是由状态预测器、自适应机制和实际控制器输出三个模块构成。其中，状态预测器是基于参考模型的基础之上构建的，主要是计算出理想的输出估计值；而自适应机制则可在线调整可校正参数，力求实际模型与参考模型的动态响应一致；实际控制器输出中含有可校正参数的控制器输出，是被控对象的实际控制量。以上各部分之间的关系如图1所示。

图1 L1控制器原理图

根据图上所显示的内容，L1控制器可以实现实际被控对象对参考模型的跟踪收敛，即当被控对象的参数被精确地在线估计时，相应的控制律使系统的输出与参考模型的输出相等。

三、风力发电控制技术发展趋势

在风力发电机中运用控制技术，能够更大范围地应用风力发电技术，并缓解能源压力，降低对资源的消耗，在提升效率的同时，促进风力发电机向着智能化、现代化的方向发展。尤其是在大型风力发电控制中，可以有效降低土地资源占用，提升系统运行功率。变桨距控制技术经过不断完善创新，在实际应用中可以有效降低风力发电规模局限性，提升能源利用效率，创造更大的经济效益同时，避免对周围生态环境的污染和破坏。

四、结束语

综上所述，风能作为一种清洁型的能源，其可以有效缓解能源危机，推动社会经济的持续增长。同时，风力发电机组的先进控制技术经过不断完善和创新，能够推动社会的进步和发展，带来更大的经济效益。

参考文献：

[1]程申.大型风力发电机组变桨距控制技术研究[D].上海电机学院,2017.

[2]赵元元.风力发电机整机流场收敛性分析[J].内燃机与配件,2018(3).