风力发电电气控制技术及应用分析

中航国际成套设备有限公司 么 瑶

1 引言

为了能够有效满足能源日益增加的需求，实现良性发展，我国必须针对新能源给予不断深入的探索与研究，不断加大力度进行新能源的开发，这样才能够更好地缓解我国能源危机[1]。因此，新型清洁能源的研究为加强新能源开发过程中一项非常重要的内容，风能基于此种形势具有非常可观的应用价值，所以对于风力发电系统中电气控制技术的应用，予以深入探索具有重要的意义，在有关技术的支持下实现对风能的合理有效应用，将风力发电系统的作用充分发挥出来[2]。

2 风力发电概述

对于清洁能源来说，其为当前阶段我国社会不断加大力度进行推广的一项重要的能源，而风能为清洁能源的典型，受到了社会各界的广泛关注。风能资源比较丰富，对于风能资源的合理应用能够有效避免对生态环境产生的污染，但同时其也存在相应的局限性。如将风力发电和其他的发电模式展开相应的对比，前者的稳定性要更弱一些[3]。主要的原因是由于风能不能够进行储存，对其只能是现场采集并且现场使用，同时因为风向的变化具有较强的不确定性，很难保证其速度的稳定性，进而会使得电能和负荷发生的变化缺乏稳定性，就算实际的发电规模较小，对其稳定性的保障也存在较大的难度，这对电网以及电能质量的提高产生的影响是非常不利的。

当目前，我国应用较为广泛的风力发电系统运行模式，主要包括线性模式与非线性模式，在这当中所应用的线性模式其主要是将传统的控制模式作为基础，实现了对其的改进以及延伸，无法充分满足当前阶段在风力发电方面的具体需求，这对我国风力发电的更进一步发展来说会造成较为严重的限制。

3 风力发电电力控制技术概述

风能资源为可再生资源。对于当前阶段我国存在的环境污染以及能源紧缺方面的问题，实现对资源的充分利用是非常有必要的，最大限度降低对环境造成的浪费，有效避免其对环境产生的污染[4]。具体对风力发电的应用，因为气压以及气温等相关因素产生的影响，实际采用的风力发电方式具备的可靠性还存在相应的不足。针对此种情况，需要能够加强对电气控制技术的应用，采用电气元件组合的形式针对风力发电的运行过程给予有效控制，为设备运行整个过程中安全性提供有效保障，这对于保障风力发电的可靠性来说是非常有利的。

除却水力发电模式以外，风力发电便是当前最为成熟且具有较大规模的清洁能源发电模式，最重要的是其具备可再生的特点。我国的风力发电经过长期的发展，已经是世界上第四大风力发电国家之一，基于“一带一路”的大环境背景，国家在风力发电的发展方面给予的重视程度越来越高。相关的实践调查研究表明，电力发电技术为风力发电最具关键性的技术，主要包括以下几点。

首先，风力发电设备常年在室外露天环境下运行，环境因素对其产生的影响是较为严重的，例如温度、气压以及地形地貌等，此种现状的存在使得风力发电设备具有较强的随机性以及不可控性，要想能够为风力发电系统的稳定可靠运行提供有效保障，就要求能够加强对其的监测控制；第二，要想能够使得风能得到充分利用，一定离不开稳定可靠的电气控制技术的支持；第三，风力发电设备机组在实际并网以及脱网的过程中，充分应用自动化电气控制技术，可以进一步提高设备的运行效率，这对于保障发电机组设备的持续稳定运行来说具有非常积极的意义；第四，实际风能蕴藏的能量较大，所以风力发电设备的运行环境较为恶劣，实现对电气控制技术的合理有效应用可以很大程度降低环境等因素对其产生的不利影响。

对于风力发电系统来说，其自身并不具备较强的稳定性，和另外的发电模式做比较还存在相应的不足，所以实际对于电力控制技术的应用要在自然因素产生的不利影响方面做好充分的考虑，在此基础上给予最大限度避免，包括温度因素、湿度因素以及大气压因素等。另外，针对风力发电系统运行效率开展的评估工作，需要将系统利用率作为主要依据，一般来说，要想能够实现风能利用效率的更进一步提升，风电场采用的方式通常为把叶片的直径设置为60～100m。除此之外，因为实际的风力发电系统工作环境较为恶劣，因此针对有关工作人员提出的要求也更为严格，需要保证工作人员自身具有较强的工作能力，要想能够使风力发电系统的工作效率能够达到预期，还需要进行远程监控设备的设置，为发电效率提供有效保障。

风力发电存在的问题主要表现于电能,以及电网的质量容易受到相关因素的影响，包括风向以及风速等，比较容易导致电能负荷产生相应的改变，若实际当中的电网规模相对较小，那么电网自身具备的稳定性是无法得到保障。传统应用的控制方法存在较强的局限性，应用的主要原理为进行发电机属性的调整来提高风能的捕获量，难以满足当下的实际需求。

4 风力发电电气控制技术的具体应用

4.1 变桨距发电技术

在风力发电运行期间，风力发电主机自身的功率直接性决定着发电的质量和发电效率，若实际当中的功率较低，那么风力资源利用率也会随之降低。所以，需要能够在风力发电机组运行风速功率方面给予有效控制。针对此方面的情况，可以加强对变桨距发电技术的合理有效应用，采用转变浆距角度的方式为发电整个过程的稳定性提供保障，以此来实现对风力资源的高效利用。

近年来，我国的科学技术水平得到了很大程度的提升，在此背景下，用于制造扇叶的材质得到了更进一步的优化，同时在其重量方面作出了相应的调整，从整体上减少了设备的重量。并且，在冲击荷载上也产生了相应的改变，和以往相比当下的冲击荷载要更低。将变桨距发电技术合理有效地应用到风力发电系统当中，对于保障设备运行的稳定性来说是非常有利的，有效避免设备运行期间发生相应的事故，使控制工作开展的质量得到整体上的提升。然而，变桨距在运行期间其自身的稳定性较低，通常需要在此方面投入更多的人力以及物力，在后续伴随着科学技术水平的不断提高，相信此方面存在的问题会得到有效解决。图1所示为变桨距风力机性能曲线。

图1 变桨距风力机性能曲线图

4.2 定浆距失速发电技术

对于定桨距失速发电技术在实际当中的应用来说，其除了继承了传统发电技术的优点之外，同时在其中也融入了更为先进的新型发电技术。通过对此项技术的合理有效应用，可以为发电系统运行的质量以及效率提供保障，使系统能够长期保持稳定状态。基于风力发电的具体情况而言，基于并网当中的发电机组设备运行在设备的稳定性方面有着较为严格的要求，合理有效地应用定浆距失速发电技术，实现对叶片具备复杂性构造方面的优势，可以为相关工作人员实现对发电机组设备功率有效控制提供相应的帮助，但同时也有可能会发生消耗无用功的现象，主要的原因是由于叶片自身的体积或者重量较大，对发电机组运行效率的有效提高造成了相应的限制。

实际在应用定桨距失速发电技术的过程中，外界存在的相应环境因素有可能对其产生影响，所以对其的应用存在一定的局限性，需要将其应用在对风力等级没有过于严格要求的环境当中。若实际当中的风力等级太高，则针对该项技术的应用便缺乏合理性，要想能够实现定浆距失速发电技术应用覆盖范围的有效扩大，后续还需要相关工作人员在此方面给予不断深入的探索。

4.3 变速风力发电技术

就目前我国风力发电发展的实际情况来看，变速风力发电技术为其中非常重要的一项内容。该项技术的应用中可以参照风速的大小，针对相应的发电设备加以控制，使设备能够维持恒定频率进行发电。从以上所说能够了解到，风力发电机设备在实际运行过程中比较容易受到风速的影响，为了能够有效降低此方面因素的影响，为设备的运行效率提供保障，需要能够围绕具体情况针对风轮转速给予合理有效的调整，保证设备功率输出的平稳性，这对于维持风力发电运行整个过程的安全性以及稳定性来说是非常有利的。

4.4 主动失速发电技术

主动失速发电技术在实际当中的应用，主要实现了变桨距发电技术和定浆距失速发电技术的有机融合，此项技术的应用能够实现对成本的有效控制，保证风力发电频率的平稳性。所以主动失速发电技术拥有较为显著的优势，其除了拥有变桨距发电技术的优点之外，同样也结合了定浆距失速发电技术的优点。对于此项技术的应用原理来说，其主要表现在以下方面：使浆距角能够处在多种状态之下，使对其进行的改变更加方便快捷，从而能够实现对风能速度的有效控制，对捕获量给予有效的把控。该项技术在实际生产中具有较为明显的应用价值，但其同样存在相应的不足之处就是有可能产生失速的情况，对使用功率方面给予的控制存在相应的困难，进而不利于保证电力系统的平稳运行。

4.5 低电压穿越技术

若实际当中的风电场并网点三相电压处在电压的轮廓线当中，那么在这个过程中的风电机组能够实现不间断并网运行；若实际的并网当中含有一相电压处于电压轮廓线之下，那么风电场当中的风电机组能够从电网切出。若实际的并网电压下降到了20%额定电压，那么在这个时候的风电机组要求能够拥有并网运行625ms 的低电压穿越能力；如果实际的风电场并网点电压能够在出现跌落情况的2s 之内得到了恢复进而达到了额定电压的90%，那么在这个过程中的风电机组要求能够充分满足不间断并网运行方面的相关需求；若实际当中的电网出现了相应的故障，没有将风电机组切出，那么将故障问题解决之后，此功率的数值要求能够和没有发生故障之前相等。

对于低电压穿越技术的应用来说，其在实际当中的功能发挥主要表现在以下几个方面：第一，通过对变流器的应用设置成为低电压穿越状态，所应用的控制器设备需要将设备计算以及计时期间所测量出电压具体情况进行确定，低电压在进行穿越时，能够有效解决电网存在的故障，通过变桨针对转速闭环给予有效的调解，基于此种情况下的目标转速便是同步转速。

第二，如果实际当中的低电压出现了穿越失败的情况，那么在这时所应用的变流器设备信号能够进行有效的判断，另外也能够通过应用主控系统采用计时方式进行判断，但实际当中主控系统对于电压测量的准确性会对其产生直接性的影响。对于所发生的主控判断失败触发时间方面的问题，需要应用标准判定时长，若穿越不成功，那么会导致一些故障问题出现，进而导致发电机设备会终止运行。等到低电压成功穿越之后，则功率也会得到相应的恢复，通常能够恢复到跌落之前的10%，在功率进行恢复的过程中，需要将计算转速作为主要依据对其开展合理的调节工作。除此之外，还需要将屏蔽电网放开，主要的目的是为了能够恢复电压，在电压恢复完成之后，便能够实现对其的正常控制。

5 结语

当前，对于风力资源来说，其具备的丰富性特点为我国风力发电事业的更进一步发展奠定了坚实的基础，所以当前阶段需要相关工作人员能够针对风力发电给予不断深入的探索，针对风力发电当前阶段存在的不足之处给予全方位的分析，实现对各项电气控制技术的合理有效应用，同时在提高风力发电技术水平以及风力发电质量方面给予深入的研究，这对于促进我国电力行业的持续稳定发展来较为有利。