肖海韜

摘要：在我國能源體系當中，對于可再生能源的重視程度越來越高，相比較于核能以及火力發(fā)電來講，風力發(fā)電屬于一種低成本并且廉價又無污染的發(fā)電技術(shù)，在社會清潔能源結(jié)構(gòu)當中所占比重越來越大。但風力發(fā)電的實際電能轉(zhuǎn)化效率還不到60%，可以說轉(zhuǎn)化利用率極為有限。本文主要針對風力發(fā)電及其控制問題進行分析和討論。

關鍵詞：風力發(fā)電;控制;

一、風力發(fā)電原理分析

在風力發(fā)電過程當中，主要的發(fā)電原理是通過自然界存在的風，對風力發(fā)電機組的葉片進行驅(qū)動，然后旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程當中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會逐漸增加，然后通過發(fā)電機進行發(fā)電。在發(fā)展過程中，在風力發(fā)電機上會安裝有傳感器，該傳感器能夠?qū)ψ匀唤缰蟹较蜻M行檢測，然后通過風力發(fā)電機組內(nèi)部存在的偏航系統(tǒng)，對風力發(fā)電機的葉片進行控制，使其能夠隨著風向改變而不斷運動，對自然界中的風進行最大程度的捕獲，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率。而經(jīng)由風力發(fā)電所產(chǎn)生的電能在進行使用之前，還需要通過蓄電池來對這些風力發(fā)電所得電腦進行儲存，然后將其轉(zhuǎn)化為化學能，通過化學能再進行放電，將其變?yōu)?20伏交流電，然后才能夠被國家電網(wǎng)并入并進行使用。

二、風力發(fā)電的現(xiàn)狀分析

在電力行業(yè)中，采用替代能源的技術(shù)之一就是風力發(fā)電，對于能源結(jié)構(gòu)的改善以及資源的節(jié)約具有十分重要的意義，風能作為一種清潔能源，對于環(huán)境的保護以及氣候的改善具有積極的促進作用。在我國已經(jīng)制定了相應的政策對風力發(fā)電行業(yè)進行支持，比如分攤電費、財稅優(yōu)惠等。要加強對風能的利用，使其成為發(fā)電過程中的補充能源，促進風力發(fā)電的規(guī)模效應的發(fā)揮，首先應加強具體的硬件設施建設，即加強風力發(fā)電廠的建設以及發(fā)展。當前，中國市場上具有百家風力發(fā)電廠，其規(guī)模不一，位置主要是分布沿海地區(qū)，主要是由于這些地區(qū)的風力資源比較豐富，風能分布比較密集，因此有助于風力發(fā)電行業(yè)的有效開展。當前我國對風力發(fā)電的支持程度十分高，對風力發(fā)電的投入也十分巨大，加強了各種設備的投入，以保證風力發(fā)電的硬件需求。很多數(shù)據(jù)都表明我國的風力發(fā)電行業(yè)已經(jīng)進入了規(guī)?；l(fā)展的階段。但是在風力發(fā)電過程中仍然存在一些問題。

三、風力發(fā)電控制的必要性分析

由于自然風速度快慢及方向大小存在著明顯差異性，客觀上要求相關技術(shù)人員重視風力發(fā)電控制技術(shù)，例如：控制機組切入及切出電網(wǎng)、限制輸出功率、檢測風輪運行期間中各種故障予以保護等。近幾年來我國風力發(fā)電控制技術(shù)日趨成熟，即由定槳距恒速運行技術(shù)向變槳距變速運行技術(shù)轉(zhuǎn)變，基本達到預期的生產(chǎn)目標。從風力發(fā)電機組角度來看，以調(diào)節(jié)機組功率為核心技術(shù)之一，其調(diào)節(jié)方法可劃分為變槳距調(diào)節(jié)、定槳距失速調(diào)節(jié)及主動失速度調(diào)節(jié)。目前我國風力發(fā)電機組基本實現(xiàn)變槳距變速運行，結(jié)合風速風向的變化情況基本實現(xiàn)脫網(wǎng)、并網(wǎng)及調(diào)向控制各個發(fā)電機組，充分發(fā)揮變距系統(tǒng)作用，控制機組轉(zhuǎn)速及功率。

四、風力發(fā)電及其控制技術(shù)分析

1、風輪控制技術(shù)

為了提高風力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，最大限度降低風能獲取期間中各種能量消耗。從風輪角度來看，其控制方面技術(shù)包含爬山搜索控制、功率信號反饋控制及葉尖速比控制。其中，爬山搜索控制適用于控制風機功率點，其圖像與拋物線較為相似，以最大功率點為最高處，一旦確定當前工作點位置后則適當增加風輪機轉(zhuǎn)動速度，改變系統(tǒng)輸出直流功率，而系統(tǒng)輸出直流功率上升后最高點位于拋物線左側(cè)，便于技術(shù)人員盡快找出最大功率點，確定風輪最終轉(zhuǎn)速。功率信號反饋控制適用于控制風輪功率信號，特別是風輪運行期間其功率隨著條件變化而改變，是功率信號反饋控制方法的核心原理。

同時，功率信號反饋控制主要通過分析功率關系繪制最大功率曲線等方法進行后續(xù)操作，特別是具體實踐期間對比分析系統(tǒng)具體輸出功率及最大功率計算出二者最大差值，便于調(diào)整風輪槳距，大大提高風輪運行效率，進一步有效控制總體成本投入。通常情況下，風力作用下風輪風葉尖端轉(zhuǎn)動速度被稱為葉尖速，而葉尖速比指葉尖速與此時間段風速的比值。與其他控制方法相比，葉尖速比控制方法主要通過控制葉尖速比值優(yōu)化風機系統(tǒng)，綜合考慮風速差異性計算出最為適宜的葉尖速比。此外，受短時間內(nèi)無法調(diào)節(jié)控制自然風速度及風力大小的影響，客觀上要求相關技術(shù)人員調(diào)整風輪轉(zhuǎn)矩控制風輪最外邊緣的速度。

2、變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

簡單來說，該系統(tǒng)的控制方式就是風力機采取變速運行的模式，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速隨風速變化而變化，但可以通過電力電子變換裝置得到恒頻電能。恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的所采用的風力發(fā)電機只能固定在某一轉(zhuǎn)速上，但是風能具有一定的隨機性，其能效會受周圍環(huán)境的影響而變化，所以風力機必定會偏離最佳速度，這就必然會在一定程度上降低發(fā)電效率，而變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)就能夠在風速變化的條件下，來適當調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而讓其一直保持著在理想的轉(zhuǎn)速下運行，確保發(fā)電效率。

3、自適應與滑模變結(jié)構(gòu)

該項技術(shù)運用到發(fā)電過程中，可以捕捉系統(tǒng)快速變化的各項數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)處于實時監(jiān)測之下，實現(xiàn)對各運行參數(shù)的良好把控。該技術(shù)的工作原理如下：系統(tǒng)運行過程當中，若發(fā)現(xiàn)明顯的波動，此技術(shù)控制的監(jiān)測裝置就能精確捕捉到這一點，然后系統(tǒng)對該突變點進行分析，根據(jù)分析結(jié)果對發(fā)電裝置的相關速度參數(shù)進行適當調(diào)整，保證發(fā)電過程的順利進行。在以往的系統(tǒng)當中，若想控制運行速度，需要先建立起相應的虛擬模型，由于數(shù)據(jù)變化的無規(guī)律性，模型的建立是非常困難的。錯誤的模型會誤導工作人員，這對速度的控制是非常不利的。該技術(shù)的最大特點，就是對各種切換開關的靈活控制。當系統(tǒng)運行不再需要這一檔速度時，該結(jié)構(gòu)接收到系統(tǒng)傳來的相關變檔信息，然后做出反應，自動將該檔位的開關閉合，打開系統(tǒng)需要的相應檔位開關。系統(tǒng)運行中，人員無需對發(fā)電裝置重啟，即可實現(xiàn)對裝置換擋的控制。該技術(shù)的特點主要體現(xiàn)在這幾點：設計簡單，并不需要過于復雜的結(jié)構(gòu);可隨時進行相應的切換工作，具有較強的靈活性;系統(tǒng)參數(shù)變化時，不會影響到該結(jié)構(gòu)的正常控制，具有很強的穩(wěn)定性。該技術(shù)能夠?qū)⒆匀桓蓴_與裝置隔離開來，最大程度保證發(fā)電過程正常進行，沒有外界環(huán)境的影響，系統(tǒng)將會處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)。

結(jié)束語

隨著環(huán)境保護理念不斷加深，人們越發(fā)重視對新能源的開采和利用，對風力發(fā)電技術(shù)也有了與以往不同的全面理解。風力發(fā)電技術(shù)是經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，也是未來電力企業(yè)發(fā)展的方向性產(chǎn)業(yè)之一，因此提升相關技術(shù)水平，完善管理結(jié)構(gòu)，平衡資源分布，將有效實現(xiàn)風電技術(shù)的合理發(fā)展。

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