王麗宏

前言

可再生能源的開發(fā)利用，特別是對風能的開發(fā)利用，已受到世界各國的高度重視。我國風能儲量很大且分布很廣，開發(fā)利用潛力巨大。本文通過分析我國風力發(fā)電現(xiàn)狀，找出存在的問題，對風力發(fā)電的技術發(fā)展提出建議。

一、我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀

十九世紀九十年代丹麥出現(xiàn)首個現(xiàn)代風力發(fā)電機。而直到上世紀八十年代，風力發(fā)電機組的電氣控制才得以實現(xiàn)，不過在這一時期的產品中，模擬電子器件仍然被大規(guī)模應用。信息技術的快速發(fā)展，在上世紀八十年代中后期催生了基于微處理器的風力發(fā)電機組電力控制系統(tǒng)，并在進入九十年代之后得到了大規(guī)模的應用和推廣。九十年代中后期，基于單板機的電氣控制系統(tǒng)和基于單片機的微機控制開始成為風力發(fā)電機組電氣控制的核心部件。

我國國內針對風力發(fā)現(xiàn)所展開的實踐探索開始于上世紀五十年代。而二十世紀八十年代中期首次引入55kw容量等級風電機組并將其投入商業(yè)應用之后的二十多年發(fā)展過程中，我國當前的風電市場已經初步成熟。根據(jù)相關部門提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到2009年底，我風電總裝機容量已經位居世界第二位，達到驚人的2601萬kw，而這一數(shù)字在2010年已經達到了44733.29萬kw。從這一數(shù)值的變化情況我們可以發(fā)現(xiàn)，我國的風力發(fā)電市場有著巨大的潛力。

從技術發(fā)展的角度分析我們可以發(fā)現(xiàn)，我國市場經濟環(huán)境下，風電企業(yè)經歷了從單純引進外國技術到本土化革新再到自主創(chuàng)新的三個階段之后，當前已經有了基本的技術積累。尤其是兆瓦級機組在國內市場中的普及，更是標志著我國自主研發(fā)能力已經進入了全新的階段。當前，我國風電機組企業(yè)已經基本占領國內市場，并積極主動的向國際市場挺進，但是包括主軸在內的高技術含量部件仍然大規(guī)模依靠進口?；谏鲜銮闆r，我國風電裝備制造業(yè)有必要從自身的實際情況出發(fā)，進一步突進自主創(chuàng)新，加大核心技術攻關的投入。

二、風力發(fā)電的技術發(fā)展

風電技術涉及包括電機學、力學、材料學在內多諸多學科的工程項目。當前針對風電技術的研究主要集中在機組大型化、控制策略優(yōu)化等諸多領域。

（一）風力發(fā)電機組機型及容量的發(fā)展

提高設備可靠性和效率是當前風電技術發(fā)展過程中的核心問題。而單機容量的大型化發(fā)展，是當前提升風能利用率的主要途徑。上世紀八十年代中期開始在市場中的大規(guī)模出現(xiàn)55kW容量等級的風電機組到今天的兆瓦級機組成為市場中的主流產品，國內兆瓦級風電機組的裝機容量相對于國際先進水平來說還有一定差距。

（二）風力發(fā)電機組控制技術的發(fā)展

控制技術之所以成為當前階段風電機組的核心技術，主要是因為：

1）風力發(fā)電過程中對發(fā)電質量影響最大的風速受到多種因素的影響，因此風力發(fā)電具有一定的不可控性，所提供的電能在穩(wěn)定性方面也存在一定的不足。2）通常大型風力發(fā)電機組所使用的葉片尺寸在60m～100m之間，這是保證發(fā)電效率的必然選擇，但是風輪必然具有巨大的轉動慣量。3）控制技術在風力發(fā)電機組的入網和脫網以及后續(xù)的故障檢修方面都有巨大的應用價值。

基于上述情況。當前國內外大量專家學者都致力于對風力發(fā)電的控制技術和控制系統(tǒng)的研究，而這些研究對于保障風能資源的有效利用顯然是具有重要的現(xiàn)實意義。值得注意的是，當前智能化控制已經成為研究的前沿方向和主要流派。

作為近年來新發(fā)展的一種風力發(fā)電系統(tǒng)，變速恒頻風力發(fā)電機組在實際的應用過程中，由于其轉速不受發(fā)電機輸出功率的限制而有著較為良好的性能表現(xiàn)。相對于市場中較為常見的恒速風電機組來說，具有如下幾方面的優(yōu)勢：低風速時能夠跟蹤風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能;高風速時利用風輪轉速的變化調節(jié)風力機槳距角，在保證風電機組安全穩(wěn)定運行的同時，使輸出功率更加平穩(wěn)。變速恒頻風力發(fā)電機組通過勵磁控制和變槳距調節(jié)來實現(xiàn)最佳運行狀態(tài)。變槳距是根據(jù)風速和發(fā)電機轉速來調整葉片槳距角，從而控制發(fā)電機輸出功率，由傳動齒輪箱、伺服電機和驅動控制單元組成。

（三）風力發(fā)電機組控制策略的發(fā)展

作為一種典型的密度低、穩(wěn)定性較差的可再生能源，風能在實際的利用過程中，風速、風向等多種因素的變化都將會對其發(fā)電性能產生嚴重的波動。尤其是風力機葉片攻角在風速和風向變化的過程中不斷隨之變化，客觀上導致了葉尖速比難以長期保持在最優(yōu)值上，而同樣的，這也同樣會導致發(fā)電效率的巨大波動，如果沒有相應的處理，必然對電能的質量和計入電網的整體穩(wěn)定性產生不同程度的負面影響。這里指的強調的是，在一些小型電網中，風機發(fā)電的不穩(wěn)定性對于整個電網的穩(wěn)定性所具有的影響能力是非常巨大愛的。柔性部件的應用是當前階段風電發(fā)電機組中降低內部機械應力的有效途徑，不過在實際的應用過程中，這種方式也同樣在客觀上增加了機組的整體復雜性，為其設計和后續(xù)的維修養(yǎng)護帶來了巨大的難度。當前階段針對風力發(fā)電機組的控制策略研究主要是圍繞現(xiàn)代控制方法和數(shù)學模型為基礎的傳統(tǒng)方法這兩種方法展開的。其中線性控制方法是傳統(tǒng)控制方法中的主流內容，主要是通過對電機電磁轉矩的調整來最大限度的讓葉尖速比處于最優(yōu)值，并以此為基礎來提升風能資源的利用效率。但是傳統(tǒng)方法在快速變化的風速中所能夠起到的調節(jié)作用具有明顯的滯后性特征，同時已線形特征為基礎的數(shù)學模型計算方法由于不確定因素過多，因此在我國內陸很多非線性較為嚴重的風電系統(tǒng)中的應用難以取得理想的效果。

而現(xiàn)代控制方法在實際的應用過程中則效果相對良好。包括魯棒控制、智能控制在內的現(xiàn)代智控制方法由于相應快速、系統(tǒng)參數(shù)敏感度較低、設計簡單等特點而得到了廣泛的應用。其中。魯棒控制在實際的應用過程中能夠較好的處理多變量問題，對于很多干擾較強的風力發(fā)電系統(tǒng)能夠提供強大的控制能力。而模糊控制作為當前一種應用較為廣泛的智能控制方法，在實際的應用過程中最大的特點是將傳統(tǒng)的專家意見和原有的經驗轉變成語言規(guī)則，并以此為基礎來對風電機組進行控制，這種方法由于對被控制對象的數(shù)學模型的依賴性較低，因此在非線性因素影響的克服方面表現(xiàn)非常出色，也同樣因為如此而得到了越來越多風電人的關注和重視。人工神經網絡技術在實際的應用過程中，實際上是通過對人腦神經網絡特征的模擬來形成若干拓撲結構的神經網絡，本身具有較好的學習性，因此在風力機的低風速節(jié)距控制方面的應用有著較好的效果。

綜上所述，我國風力發(fā)電產業(yè)取得了飛速發(fā)展，但在快速發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了很多問題。因此，為大力發(fā)展我國風力發(fā)電產業(yè)必須將強自主創(chuàng)新，加大建設投入，加大扶持力度，建立健全完善統(tǒng)一的風電標準規(guī)范體系。