风力发电技术及电功率控制策略研究

史俭峰

摘要：寻找可以有效取代化石燃料的新型可再生清洁能源，是当前电力系统的重要目标，也是减少环境污染的必然要求。基于此，本文主要概述风力发电的关键技术，分析风能发电的发展趋势，并提出控制有效风力发电功率的策略，旨在促进风能发电良性发展。

关键词：风力发电；电功率控制；有效策略

21世纪以来，人们的生产生活对电力系统的依赖与日俱增。但依靠化石燃料的发电方式会污染大气环境，而且化石燃料的形成需要上亿年，是非再生资源。对此，为改善环境的污染情况，我国电网利用风能资源等清洁能源发电，促进我国可持续发展，为社会发展贡献力量。

一、风力发电的关键技术

（一）功率预测

在我国的电力系统中，风能发电目前是重要组成部分，而发电功率预测是较重要的技术之一。在风力发电站内，由于受到风力和风速影响，电量的产能效率较不稳定，风速大时，电力产能大；风速小时，功率下降。在风力发电站内，产生的电量会输入电网，引进千家万户。但由于风力发电的电功率不够稳定，引入电网的难度也会随之增大。在发电时，工作人员要测试风速，根据记录的数据进行调节，确保发电的效率和电网的稳定程度。

目前，相关技术人员会根据风速测试和用电需求，把握风的产生和时长，并将风的功率测试分为短期和长期两个测试周期。短期测试主要是对风力发电系统实时调节、对发电方式和时长进行控制，划分测试区域，有效把控风能资源。

电厂工作人员将风力发电模型分为物理、统计测算、模型排列三种。其中，物理分类法主要是电厂工作人员和气象部门人员联手，根据相关气象理论，模拟演示可能出现的风速，根据实验结果组件发电模型，帮助电厂工作人员准确设计发电机组模型，完成风力把控，但风具有很多不确定性，风的产生时间和速度都没有规律，容易出现误差，会影响电力产能。统计测算主要是工作人员利用数学和统计学概念进行模型构建，分析测算对象和统计模型二者之间的联系，掌握风能发电的相关规律。统计测算法也能从深层次解析风能发电功率和发电数据，是有效测算相关数据的方法。目前，测算功率的方法主要有时间序列测算法和机械测算法，综合性极强。组合模型测算法是工作人员将多种测算方式结合，能够从根本上降低测算结果误差。

（二）机组调节

风力发电厂在发电工作过程中，当风力满足发电需求时，发电机会为风力发电站的发电量和供给电网的电量提供支持，所以风力发电厂的工作人员必须熟练使用发电机组的仪器设备，掌握相关技术和操作流程。风力发电机组工作的核心是将新能源转变为机械能，再将机械能转化为电能，最后将产生的电能并入电网中，为社会发展提供电力能源。在自然环境下，风速相对较弱时，电厂发电机组工作人员要快速对机组进行紧急调控处理，在最短时间内将风能转化为电能，提升发电机组的工作效率。另外，在自然环境中风力较大时，工作人员必须重点把握发电机组的性能特点，把控发电功率和电容量，避免机组出现电量过载的可能，降低不必要风险出现的可能性，提高发电功率。如果要想延长发电机组的使用年限，增加发电量，风力发电厂工作人员要重点关注发电机组的电容量和工作效率。在进行发电作业时，发电机组必须及时获取风能，高效率地将风能变成机械能，再由机械能转变为电能。风力发电厂的每一个工作组件都有最大限度值，只有在某一区间内，才能有效增加电功率，扩大电容产值，确保发电机组工作稳定，从而提高发电效率。

当前，我国的大部分风力发电厂主要运用以下两种技术提高发电功率：

1.涡轮变速技术

在发电中将机组螺旋叶片和涡轮固定，由于这种技术组件难度系数小，操作简单，在发电过程中具有一定稳定性，被广泛用于很多风力发电厂。但在实际操作中无法根据风速调节螺旋叶片转动的角度，存在一定的缺陷和不足。这种发电技术更多的是通过动力学原理，在实际生产中难以确保发电机组准确有效捕捉风能，无法最大程度上利用资源，容易给发电机组和相关设备带来一定程度的损耗。

2.矩阵调节技术

在实际工作中，发电厂会根据风速情况改变螺旋桨叶片角度，进而改变发电矩阵效率，但在发电过程中，实时发电功率过小时，螺旋叶片会徘徊在零刻度线；实时发电功率过大时，螺旋桨会加速旋转，螺旋叶片转动灵活性强，可以将发电功率控制在安全范围内。利用此种发电技术，工作人员可以通过对控制系统的操作，改变发电机组工作状态，确保调节工作有效进行，最大程度上满足风力发电场的发电需求，为人们提供更加充足的电力资源。

（三）自动控制

风力发电场的自动控制系统大多采用无功控制，在实际应用中，主要有工作人员对不同的发电设备和系统进行统一操作，其中，主要的控制系统由风力无功自动控制系统和监控设备组成。在控制系统中，自动系统可以与监控系统联合，形成辅助，确保不同发电机组的独立性和稳定性。在实际操作中，风力无功自动控制系统可以通过检测电压，向远程操作台提供数据，确保发电效率。远端控制台可以直接控制设备，为预定电力接收装置提供充足的电量，将发电功率控制在较大值范围内。

二、风力发电技术的发展趋势

（一）增大电容

随着人口数量的增加以及技术水平的不断提升，未来风力发电厂的发电量会逐年增加，甚至取代传统的化石燃料。我国现有的风力发电场发电值大多都维持在1kWh，较大的发电站发电值突破了6MW的节点。但目前，一些西方发达国家已经出现了超过8MWh的风力发电机组，还有部分国家正在研发发电功率超过10MW的发电装置。对比与分析世界各国风力发电站的数据可知，至少未来七十年，我国的风力发电站发电容量会突破80MW。风力发电站具备以下优势：

1.经济效率高

在风力发电站发电过程中，发电设备的造价相对较低，随着科技的不断进步，相关建材的造价会降低。很多风力发电站的资金投入量甚至和化石煤炭等发电成本齐平。除此之外，由于我国幅员辽阔，物产资源丰富，劳动力基础牢固，未来风力发电场创造的经济收益会越来越高，可以更好地满足社会各界的用电需求。

2.建造工期短，建成后可以随时投产

风力发电场的建设效率极高，建筑工程队可在相对较短的时间内完成风力发电场的建设工作，避免紧急情况出现。技术人员可以通过风力发电场，满足偏远地区和乡村地区人民的生产生活用电，维持社会稳定。

目前，国际社会对风力发电场的重视程度越来越高，风力发电系统的建设规模也在逐年扩大，但我国风力发电系统在开发阶段还存在一些弊端，间接导致很多关键性的技术问题至今依然无法解决。我国的风力发电厂发电设备的电容量正在不断扩张，间接导致风力发电系统不稳定，针对这一情况，技术人员要不断利用新技术和新材料，确保风力发电场发电装置的稳定性，促进我国经济发展。

（二）转变阵地

目前，我国绝大多数风力发电站建在内陆，建在海上的风力发电场相对较少。然而，海上发电场和陆地发电厂的工作原理基本一致，更加容易满足我国的用电需求。海上风力发电场可以从根本上解决土地资源流失和浪费情况，而且在海洋上的风力和风速大于陆地，储备的能量会更多，未来前景较好。

（三）提高效率

近年来，随着我国的科学水平不断提高，科研人员对风力发电的技术掌握程度在不断升高，妥善解决了传统发电方式中存在的问题。但很多风力发电场的设备使用年限都相对较短，磨损严重，投产不超过十五年就必须进行报废处理，且这些材料和设备的造价大多较高，需要大量的资金投入。在建造完成投入使用后，还要定期进行设备维修和保养，对人力和财力的损耗相对较大。所以必须不断加强相关设备的材料更新和技术改革，引进国外先进风力发电技术，节能降耗，降低成本投入，提升风力发电场的工作效率。

三、风力发电电功率控制的有效策略

（一）控制发电机

为有效控制风力发电电功率，工作人员可以利用风力资源和相关参数，准确高效地调节工作机组的电量输出功率。一旦风力相对稳定平缓，技术人员要注意调节发电设备的电力输出。在风速稳定时，对发电机组进行变速处理，将发电功率调到最大值。当风速不可控时，调整发电机组的螺旋叶片和间距，控制好螺旋发电叶片的角度，确保发电功率的稳定性，为国家电网输送更多电量，保障人们的正常生产和生活。

（二）电池储能

风力发电站工作人员通过控制发电机组电量的储存设备和电量流向，确保直流电电压相对稳定，并将差值降到最低范围以内。发电机组电池主要利用电流转换器将交流电转化为直流电，在电池内增加隔热层和绝缘层，避免二极管和绝缘晶体粘连产生电阻，从根本上防止发电机组的交流电产生，防止发电机组出现电量过载、电压过高的风险。直流电主要通过发电机组开关的开启和关闭，维持发电机组整体的稳定，控制电功率，确保发电机组稳定，避免出现不必要的电量消耗，保障发电机组电量储备充足。

（三）仿真研究

风力发电场工作人员通过发电机组的无级变速原理，布控发电过程中系统的相关环节，并打造立体方阵发电矩阵。为了确保模拟结果相对准确，相关数据精确程度更高，工作人员可以分析和研究发电系统中电量的消耗和设备的损耗情况，并在模型中重点观察风力发电系统运行过程中的损耗。风力发电机组的变速装置在发电过程中容易出现一定程度的消耗，设备内壁的材料和电流接触时会产生相斥反应，这种现象在模拟实验中工作人员容易获得，机器的磨损程度和消耗值也会根据摩擦数据计算获取。

因为模型相对复杂，所以通过风力发电变速装置工作时的原子消耗在机器的运转，工作人员可以利用相关软件进行模拟实验，再将实验结果输入到仿真模型中进行数据比对和模拟。在模型中根据损耗程度，掌握机组运行数据，再计算结果和磨损数据，以此得出机器之间的摩擦系数。由于发电机组内的模拟模型操作相对复杂，工作人员在风能发电设备的运转中通过操作无级变速装置，可以利用模型进行模拟和还原，再将测算数据输入到模型中，找出机器损耗的临界值。在发电设备工作时，通过合理改变参数，可以根据机组和风能接收装置之间的联系，降低损耗和发电电阻的电阻值，掌握发电机运转的相关情况。在测算中，可以改变发电装置中的电阻值，需要在仿真模型中进行数据测算。

在仿真模型中，风力发电装置中的电量存储装置可以根据系统设定的相关参数和数据自动配对，确保装置在启动后可以顺利达到设定功率，当机组工作超负荷时，可以确保机组内部的电量储备始终位于设备开启时一半的电量存储。发电厂工作机组的电源存储容积相对有限，不能无限存储电量和释放电量，所以工作人员可以结合风力发电机不同工作状态下的数据进行调整，将电量和接受的风能调整至较大值，确保电网在直流电和交流电的作用下充分释放电能，提升发电功率。为确保发电机组工作稳定，可以结合实际风速，调节数据值，保障电力供应。

四、结语

当前，风力发电早已成为人们的重点讨论话题，被社会各界高度重视，相关学者也针对相关课题展开深入研究。随着环境污染程度日渐严重，风力发电技术被广泛运用，尤其是偏远落后的地区，利用风力发电技术，可以充分发挥地区自然条件优势，拉动经济增长。

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