风力发电技术特点及发展前景

刘长磊

[摘    要 ]随着我国经济和技术的发展，我国工业行业实现了跳跃式发展，许多行业和技术都从无到有，从差到精，不断飞速进步。而在工业能力发展的情况下，我国的用电量也开始激增，包括工业化、城市化等方面的用电量越来越大，在这种情形下，更为优秀的的供电服务和更为强大的供电能力成为了社会发展的刚需。基于此，为了促进我国工业化和城市化的发展，要加强新能源发电的研究和建设，本文就新能源发电在电力系统中的发展前景进行详细探究。

[关键词]新能源发电;电力系统;发展前景;风力发电

[中图分类号]TM73 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）07–000–03

[Abstract]With the development of my country's economy and technology， my country's industrial industries have achieved leapfrog development. Many industries and technologies have developed from nothing， from poor to refined， and continue to make rapid progress. With the development of industrial capacity， my countrys electricity consumption has also begun to surge， including industrialization， urbanization， and other aspects. In this case， better power supply services and more Strong power supply capacity has become a rigid need for social development. In this way， in order to promote the development of industrialization and urbanization in our country， we must strengthen the research and construction of new energy power generation. Based on this， this article conducts a detailed exploration of the development prospects of new energy power generation in the power system.

[Keywords]new energy power generation; power system; development prospects; wind power generation

1 概述

隨着新世纪以来世界人口的暴增和工业产能的激增，全球的电力消耗都在持续增加，过去传统的火电已经难以填补这一能源缺口，并且传统发电方式带来的污染问题也持续刺激着公众的神经。因此，研究和建设更高效、更清洁的发电方式，成为了现阶段能源行业研究的重中之重。

2 新能源发电概述

能源一直是国际社会的重要利益交换和利益争端的主要因素，因为能源不仅决定着一个国家的国计民生，更决定了一个国家的基础实例。而近些年来，随着能源消耗的增加，能源开采成本的提高，一些传统的能源物质已经难以满足当下的工业和国家发展需求，需要研究和开发新能源发电技术和手段，以满足现阶段的需要。新能源发电是一种新的技术和手段，其主要概念和内涵是利用可再生资源，包括风能、水能、太阳能等进行电力的开发和利用，以满足现代社会的需要。新能源发电与传统发电方式的不同点在于，新能源发电能够在发电的同时减少或杜绝废物的产生，不会对自然环境产生破坏和影响，是一种绿色清洁的能源。

3 风力发电技术

3.1 风电的技术优势

风力发电相对于其他的发电方式和手段来说具备多样优势，而如今随着我国风电产业的快速发展，风电的应用也更加普及和大众化。其中风力发电的主要优势包括以下几方面内容。

（1）经济实惠。风力发电的一大优势在于经济实惠，风力发电除了设备生产和安装设置外，基本上没有过多的维护和检修费用，更不存在对废物垃圾的处理费用，而且经过近些年来的发展和进步，其发电成本已经远远低于传统的煤炭发电，可以说在经济效益上完胜传统发电方式，而且我国作为风能源大国和社会主义国家，本身在风电这种大型设备的建设和运用中存在更加经济的方法，所以整体来说会更加实惠。

（2）成效快。风力发电的另一个优势在于成效快。成效快一方面是因为风力发电的设备在生产上呈现流水线的特征，本身的生产更加快捷，且风力发电的安装也更加迅速，随意风力发电的建设更加便捷高效。另一方面，风力发电经过改造和优化后，能够实现便捷使用的效果，能够在许多危机情况下发挥应急作用，这也是成效快的重要表现。

3.2 自动化控制

一是在风力发电的过程中，自动化控制可以让操作人员更加方便和迅速，因为自动化控制可以为操作人员提供智能支持，能够辅助操作人员快速处理危机事故和问题，这也体现了自动化控制的重要性，特别是在急剧控制和爆炸性增长的背景下，风电的自动化控制更能发挥重要作用。而风电自动化控制的另一个重要工作形式，就是利用智能化技术对各项工作数据进行筛选，以帮助工作人员提取出有用的数据内容。而且，现阶段的自动化控制技术，还可以通过大数据技术和云计算技术的支持，实现更加全面和高效的自动化控制工作，对于各种数据信息也能进行良好的收集和控制，是当下重要的技术手段和技术方法，需要加强重视力度。

3.3 风电功率预测

现阶段，我国风力发电设备在进行功率检测的过程中，主要有两种方法，其中一种是物理预测法，物理预测法主要是通过对气候变化的判断和各项地理信息的收集计算，实现风电功率的计算和判断，这种方法适合于历史数据缺乏的情况，但是本身的缺点也比较严重，由于其检测方法的特殊性，其本身需要依赖天气情况的变化，且本身容易出现不精确的情况。而另一种方法，则是统计预测法，顾名思义就是通过统计各项数据的方法，实现对风力发电功率的检测，这一方法相对于物理预测法来说更加精确，因为统计预测法有各种数据做支撑，且本身运用到了数据模型，所以相对来说更加精确，但是缺点是这种预测方法需要有大量的历史数据做支持，对数据的完整度要求较高。这两种方法各有不同的优势和特点，在选用的过程中需要根据实际情况选择。

3.4 无功补偿及谐波消除

在发电的过程中，为了确保设备的安全，保护设备不被电压影响，应当对电力设备和系统采用无功补偿技术，无功补偿技术能够实现对谐波的有效处理，具体来说，在发电的过程中，很容易出现谐波问题，谐波问题会导致电力的运输和发电质量较差，进而会影响后续电力的使用，所以就要对这一谐波问题进行消除，具体的消除方式主要是通过电力变流器或其他有关设备进行谐波的控制和消除，亦或者通过电容的方式，实现无功功率的改善，以此促进谐波的影响降低，除此之外，还有一种方式可以对谐波进行有效的控制，就是通过三角形连接的方式实现谐波量度的降低，总而言之，谐波对于用电质量和安全都有很大影响，而通过上述三种方式都可以很好地控制和去除。

3.5 保护装置调整

对于保护装置的调整也十分重要，传统的保护和调整，是通过切除故障路线实现的，这种方式能够通过对路线的切除，实现对风电机组和设备的孤岛保护，但是这种方式也存在一定的问题，主要的问题在于之后的风电网络使用和接入会出现可靠性的问題。而对于这种情况和问题，我们要通过以下几种方式进行解决，首先，对风电机组在运行过程中的各项数据进行分析和优化，以此保障能够正确的预测气象信息和风电机组的符合预测。其次，根据调度部门的工作原则，对同一范围内的机组进行管理和控制，承担承担同一范围内其他机组各风电场出力波动引起的调峰问题发电机组，以此保障其他风电机组的正常使用和工作，而为了解决风电机组引起的电压波动问题，工作人员还要实现整个区域电网无功电压的最优控制，扩大了无功控制系统的应用范围，将无功电压控制系统纳入风电场接入点变电站。

4 风力发电风机超速偏航控制

大部分品牌的风机，在大风情况下如果出现变桨系统故障，无法正常顺桨，会造成发电机转速超过安全极限转速，甚至发生飞尘的情况。为了避免极端事故发生，某品牌的2 MW风机开发了超速自动偏航90°的功能，并进行了样机试验。

如果该型风机发电机转速过高，将触发安全链动作，偏航功能不可使用。该方案中，原有的单通道发电机转速信号进行了双通道传输，一路送往原有控制单元，另一路判断其是否超过2300r/min，如果超过设定值，将控制中间继电器打开偏航制动阀和偏航马达，相同时间下使用时间继电器，时间继电器使能后120s控制中间继电器终止自动偏航。

在此方案上建议从以下三个方向实现预期目标：

（1）原有设计中，超速开关与偏航扭缆开关串联接入一个安全链模块，任意开关动作则使安全链动作，将导致偏航无法动作。可以将上述两开关分别接入不同的安全链模块，实现超速开关动作后，偏航仍然可以通过PLC程序进行软件控制启停，并且修改相应的控制程序，可以实现预期功能。

（2）该型风机使用的安全链模块有同品牌的高级型号，可以实现安全模块的逻辑编辑功能，可以使用高级型号代替现有型号，效果与上文中增加一个新的原型号安全链模块相同。

不改变原有安全链模块，而是在控制程序中增加一个数字量输出点并增加一个继电器。大风且发电机转速超速时，PLC程序使能输出点，在维护开关、急停开关未动作的情况下使能继电器主线圈，继电器辅助触点旁路安全链控制偏航启动。如图1和图2所示：

根据仿真结果显示改进方案可以预期目标，在超速且紧急变桨失效时，风机可以利用自动偏航功能降低转速，从而避免重大事故发生，大大提高了该型号机组运行的安全性。

5 风力发电前景

我国风电能源产业呈爆发式增长，其产生的效益已经足以与传统燃煤发电相竞争。风力发电具有其他发电方式无法比拟的优势，首先，风力发电相较于火电等传统能源来说对环境几乎没有影响，不产生任何对环境有害的废物，且效益好。再者，风电发电机组的设施规模可根据实地情况进行调整，与一旦建成后就不容易改变的水电机组相比更为灵活，适应范围更广。当然，风电也存在着不少缺点，就目前来说，由于技术的原因，风电发电机的制造成本较高，而且其运行过程中还会产生噪音。除此之外，风力发电装置的建设还需要占用大量的土地，而最主要的则是风力资源的不稳定、不可靠性，这也是制约风力发电效益的一个重要原因。

6 结束语

综上所述，现阶段在我国国内掀起了一场绿色环保改革的浪潮，由我国政府部门主导，社会各行各业积极参与的绿色环保各个计划有效实施对保护我国各项能源资源有着较强的辅助促进作用。从现实的角度分析，电力行业属于我国能源消耗较大的行业，该行业如果能够有效运用新能源发电，实现绿色化生产改革目标，对降低我国能源的消耗量有着较强的促进作用。因此，相关的电力企业技术管理人员需要重点研究新能源发电在电力系统中的应用，结合实际情况，明确各类新能源发电的具体应用要点以及应用成效，以此来保证新能源发电能够充分地发挥出其应有的作用。

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