董云波

云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南曲靖 655001

風(fēng)力發(fā)電機組高性能的控制技術(shù)是提高風(fēng)力發(fā)電水平，使風(fēng)力發(fā)電機能夠安全運行的關(guān)鍵技術(shù)，其對于提高風(fēng)能捕獲和并網(wǎng)發(fā)電可靠性具有決定性作用。而不平穩(wěn)的功率不僅會破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還有可能使電網(wǎng)頻率偏移正常值，進而損壞需要在恒定頻率下工作的各類電器。目前在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，研究熱點和難點集中在大型風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計、風(fēng)力發(fā)電機的先進控制策略和優(yōu)化技術(shù)等方面。

一、風(fēng)力發(fā)電機

風(fēng)力發(fā)電是一種緩解能源危機的有效手段，其以獨特的優(yōu)勢得到了世界各國廣泛的關(guān)注和重視。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機主要有籠型異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機和同步發(fā)電機等等。其中，籠型異步發(fā)電機主要是借助電容器實現(xiàn)無功補償，高于同步轉(zhuǎn)速附近恒速運轉(zhuǎn)，使用定槳距失速促使發(fā)電機運行。雙饋異步發(fā)電機在實際運用中可以有效降低功率變化器功率。同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速較低、軸向尺寸較小，更加適合應(yīng)用在啟動力矩較大的并網(wǎng)中。

當(dāng)前，研發(fā)人員對風(fēng)力發(fā)電機進行了不斷創(chuàng)新和完善，其新型的風(fēng)力發(fā)電機主要包括無刷雙饋異步發(fā)電機、永磁無刷同步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機等等。其中，無刷雙饋異步發(fā)電機自身優(yōu)勢較為突出，結(jié)構(gòu)簡單，過載能力強，運行效率更高、更可靠，可以有效改善傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型雙饋發(fā)電機運行過程存在的缺陷和不足，同時其還具有籠型異步發(fā)電機的優(yōu)勢。永磁同步發(fā)電機則是運用二極管代替電刷裝置，將兩者連接為一體基礎(chǔ)上，采用外電樞結(jié)構(gòu)。永磁同步發(fā)電機不需要加設(shè)勵磁裝置，可以有效降低勵磁損耗，運行優(yōu)勢較為突出，值得廣泛推廣和應(yīng)用。

二、風(fēng)力發(fā)電機組的變漿距控制技術(shù)

（一）風(fēng)力發(fā)電機控制技術(shù)的重要性

風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速主要受到三種力矩的作用：氣動動力轉(zhuǎn)矩、發(fā)電阻力轉(zhuǎn)矩和阻尼力矩，其中氣動轉(zhuǎn)矩是維持風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動的動力矩。為了維持風(fēng)力發(fā)電化的功率輸出在額定功率值，可以通過調(diào)整漿距角改變風(fēng)輪葉片的受風(fēng)面大小，與風(fēng)速的大小變化達成一種平衡。而且，極端的風(fēng)速突變情形，例如陣風(fēng)等，會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞載荷，自動停機，甚至損害某些風(fēng)輪部件。而變漿控制系統(tǒng)可以調(diào)整陣風(fēng)對風(fēng)輪的扭轉(zhuǎn)力矩，做出處理應(yīng)對。

（二）L1自適應(yīng)變漿距控制器

本文提供一種高風(fēng)速段功率平穩(wěn)、高質(zhì)供電利于并網(wǎng)、對于不同風(fēng)力發(fā)電機組無需反復(fù)設(shè)計的智能自適應(yīng)變漿距控制方法，其能夠針對系統(tǒng)參數(shù)變化做到在線學(xué)習(xí)調(diào)整，以滿足大多數(shù)變漿距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的需求。

L1自適應(yīng)控制器主要是由狀態(tài)預(yù)測器、自適應(yīng)機制和實際控制器輸出三個模塊構(gòu)成。其中，狀態(tài)預(yù)測器是基于參考模型的基礎(chǔ)之上構(gòu)建的，主要是計算出理想的輸出估計值；而自適應(yīng)機制則可在線調(diào)整可校正參數(shù)，力求實際模型與參考模型的動態(tài)響應(yīng)一致；實際控制器輸出中含有可校正參數(shù)的控制器輸出，是被控對象的實際控制量。以上各部分之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 L1控制器原理圖

根據(jù)圖上所顯示的內(nèi)容，L1控制器可以實現(xiàn)實際被控對象對參考模型的跟蹤收斂，即當(dāng)被控對象的參數(shù)被精確地在線估計時，相應(yīng)的控制律使系統(tǒng)的輸出與參考模型的輸出相等。

三、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)發(fā)展趨勢

在風(fēng)力發(fā)電機中運用控制技術(shù)，能夠更大范圍地應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，并緩解能源壓力，降低對資源的消耗，在提升效率的同時，促進風(fēng)力發(fā)電機向著智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。尤其是在大型風(fēng)力發(fā)電控制中，可以有效降低土地資源占用，提升系統(tǒng)運行功率。變槳距控制技術(shù)經(jīng)過不斷完善創(chuàng)新，在實際應(yīng)用中可以有效降低風(fēng)力發(fā)電規(guī)模局限性，提升能源利用效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益同時，避免對周圍生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

四、結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)能作為一種清潔型的能源，其可以有效緩解能源危機，推動社會經(jīng)濟的持續(xù)增長。同時，風(fēng)力發(fā)電機組的先進控制技術(shù)經(jīng)過不斷完善和創(chuàng)新，能夠推動社會的進步和發(fā)展，帶來更大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]程申.大型風(fēng)力發(fā)電機組變槳距控制技術(shù)研究[D].上海電機學(xué)院,2017.

[2]趙元元.風(fēng)力發(fā)電機整機流場收斂性分析[J].內(nèi)燃機與配件,2018(3).