风力发电及其控制技术分析

关长余 吕野

摘 要：近年来，伴随社会进步及经济发展，风力发电技术日趋成熟，社会对于风力发电技术控制的要求也更为严格。风力发电技术作为兼顾复杂性及综合性的技术手段，包含自动控制、材料学、机械学、空气动力学及力学等多方面知识。同时，科学合理开发应用风能不止能缓解国内资源紧张局面，更能推动电力行业长远发展。本文以风力发电为切入点分析其现存问题，就提出具体的控制技术要点进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的实践经验。

关键词：风力发电；控制技术；发展前景

进入21世纪以来，受不可再生能源大量消耗的影响，生态环境日益恶化，而如何实现经济可持续性增长的目标开发出新型清洁能源，是各个国家各个地区在发展进程中所面临的主要挑战。风能作为新型清洁能源的典型代表，合理开发利用能缓解区域能源危机，对于推动社会经济可持续性增长具有不可比拟的积极作用[1]。同时，风力发电技术历经持续创新发展渐渐成为新型清洁能源的中流砥柱，其增长速度处于所有清洁型能源的第一位。与西方发达国家相比，我国风力发电技术起步较晚且技术水平相对较差，特别是风力发电总体性设计及调速调频等方面尚未成熟。由此可见，灵活运用控制技术能优化风力发电流程大大提高发电效率。鉴于此，本文针对风力发电及其控制技术的研究具有重要的现实意义。

1 风力发电及其控制技术的发展进展

1.1风力发电现状

从技术角度来看，我国大多数风力发电实行三步走战略，即自主创新、消化吸收及引进技术。目前我国5WM容量等级的风电设备渐渐退出市场且兆瓦级别风力机组取而代之，说明我国基本具备自主研发兆瓦级风机的技术能力。除此之外，风电设备制造产业进入蓬勃发展阶段，例如：国产机组占据着越来越高的国内市场份额，换而言之风电行业中国产风电装备大致满足风电生产使用的需求，特别是风电机组整机及关键性零部件等，但是少部分技术要求严格的零部件依赖进口，例如：变流器及主轴轴承等[2]。由此可见，重视风电装备制造技术创新不断增强自主研发能力占据着极其重要的地位及作用。

1.2风力发电控制的必要性

由于自然风速度快慢及方向大小存在着明显差异性，客观上要求相关技术人员重视风力发电控制技术，例如：控制机组切入及切出电网、限制输出功率、检测风轮运行期间中各种故障予以保护等。近几年来我国风力发电控制技术日趋成熟，即由定桨距恒速运行技术向变桨距变速运行技术转变，基本达到预期的生产目标[3]。从风力发电机组角度来看，以调节机组功率为核心技术之一，其调节方法可划分为变桨距调节、定桨距失速调节及主动失速度调节。目前我国风力发电机组基本实现变桨距变速运行，结合风速风向的变化情况基本实现脱网、并网及调向控制各个发电机组，充分发挥变距系统作用，控制机组转速及功率。

2 风力发电及其控制技术的应用要点

2.1风轮控制技术

为了提高风力发电系统的转化率，最大限度降低风能获取期间中各种能量消耗。从风轮角度来看，其控制方面技术包含爬山搜索控制、功率信号反馈控制及叶尖速比控制。其中，爬山搜索控制适用于控制风机功率点，其图像与抛物线较为相似，以最大功率点为最高处，一旦确定当前工作点位置后则适当增加风轮机转动速度，改变系统输出直流功率，而系统输出直流功率上升后最高点位于抛物线左侧，便于技术人员尽快找出最大功率点，确定风轮最终转速。功率信号反馈控制适用于控制风轮功率信号，特别是风輪运行期间其功率随着条件变化而改变，是功率信号反馈控制方法的核心原理。

同时，功率信号反馈控制主要通过分析功率关系绘制最大功率曲线等方法进行后续操作，特别是具体实践期间对比分析系统具体输出功率及最大功率计算出二者最大差值，便于调整风轮桨距，大大提高风轮运行效率，进一步有效控制总体成本投入。通常情况下，风力作用下风轮风叶尖端转动速度被称为叶尖速，而叶尖速比指叶尖速与此时间段风速的比值。与其他控制方法相比，叶尖速比控制方法主要通过控制叶尖速比值优化风机系统，综合考虑风速差异性计算出最为适宜的叶尖速比。此外，受短时间内无法调节控制自然风速度及风力大小的影响，客观上要求相关技术人员调整风轮转矩控制风轮最外边缘的速度。

2.2风力发电机及其电力电子变换器控制技术

由于风力是风力发电能量的主要来源且距离地面位置越高风力越强劲，客观上要求相关技术人员尽可能于高空进行能量转化作业，不断提高发电机及其相关设备的作业效率，控制所有设备的总体重量。例如：以永磁发电机为例具有运行效率高及损耗小等鲜明特点，被广泛应用于风力发电系统。目前我国大多数地区实行模块化风力发电生产，能明显控制总体生产成本支出。除此之外，控制风力发电系统中发电机时往往选择矢量控制法，基本实现解除交轴电流及直轴电流耦合的目标，大大减轻系统功率因数的控制难度，进一步提高风力发电的作业效率。

3 结语

通过本文探究，认识到电力行业作为国家支柱型产业之一，其发展情况与城市居民日常生产生活间存在着密切联系，对推动国民经济发展占据着极其重要的地位及作用。同时，即便近几年来我国持续扩大风力发电的资金投入及技术投入，取得令人满意的技术成果，但是仍存在着较多问题亟待解决。因此，地方政府及相关部门秉持具体问题具体分析的工作原则，通过岗位培训及知识宣教等方法帮助技术人员全面掌握风力发电的工作原理及设备类型，灵活运用各种控制技术手段，大大提高风力发电效率，进一步促进风力发电控制技术水平进步。

参考文献

[1]喻挺.风力发电及其控制技术新进展探究[J].智能城市，2018，4（18）：166-167.

[2]石海滨.关于风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2017（09）：70.

[3]郭海涛.风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2016（04）：6.