风力发电及其控制技术对策

风力发电及其控制技术对策

孔祥猛1   ,高帆2

1 身份证：372923198905110059，国家电投集团山东新能源有限公司

2身份证：141124199204220195，国家电投集团山东新能源有限公司

摘要：我国整体经济建设的快速发展带动我国各行业发展迅速，使得我国对于能源的需求与日俱增。这些年社会经济的发展速度已经越来越快，人们的日常生活以及生产工作都需要消耗更多的资源，但是由于资源本身数量有限，加强对于新能源的研究以及开发就显得尤为重要。作为一种可再生能源，风能的应用比较普遍，在对其进行开发的过程中，难度可能会更小，同时这种资源的使用对于环境方面造成的污染也比较小，在实际发展时投入的资本比较少，同时又兼具良好的发展前景。

关键词：风力发电；控制技术

引言

我国有着非常特殊的地理环境，有着非常丰富的地下矿产，但是不足以支撑我国各行业快速发展对于基础能源的需求。我国风力资源丰富，风力发电对我国节能减排、保护环境以及治理雾霾天气具有重要的现实意义。

1风力发电的现状

1.我国风能资源丰富，我国拥有丰富的资源，特别是风能资源十分丰富，无论是陆地风能资源还是海洋风能资源，能够开发的数量十分庞大，丰富的风能资源为我国发展风力发电打下了良好的基础。2.国内风力发电发展迅猛，近年来我国风能发电项目及发电量已位居世界首列，而且在不断发展过程中，风力发电厂数量不断增加，风电装机容量增多。尽管近两年受相关因素影响，但我国风力发电行业的发展仍超出了预期。特别是我国碳达峰行动目标的提出，为了促进煤炭能源耗费快速达到峰值，政府有效控制二氧化碳排放量，通过推进风力发电行业的稳定运行，可以减少碳排放量，促进碳达峰和碳中和目标的实现，这也是当前风力发电快速发展的主要原因。3.发电设备逐步趋于国产化，自我国提出风力发电的建议，最初风力发电技术相对滞后，缺乏相关的配套产业支持。但随着风电设备研究和生产实力的提升，国产风电设备越来越受到专业人员的认可。近年来我国风电设备国产化举措取得了显著的成效，风力发电机的价格大幅下降。特别是随着我国电力设备制造业的高效发展，在我国风力发电设备制造业中，跨国公司将逐步退出市场，风电设备的国产化使价格日趋下降，为风力发电提供了更好的发展驱动。

2风力发电及其控制技术

2.1电力电子变换器控制技术

电力电子变换器在风力发电系统中的应用实际上是十分广泛的，在大型风力发电系统中，由于能量的转换率本身比较高，在完成转换工作之后的传输效率同样比较高，同时又可以完善无功功率等方面的因素，让整体的使用性能更加良好。电力电子变换器在运行的过程中，由于自身的运行功率比较高，覆盖的功率范围比较大，也不需要消耗很多的成本。此外，使用PWM整流器用于风电发力系统中时，可以使系统的最大功率得到控制，而使用整流器时则可以让有功功率以及无功功率之间的阻碍被突破，让无功功率更加符合相关方面的实际运行要求。

2.2风力发电叶片裂缝监测技术

可再生能源主要有风能、太阳能、潮汐能、水能等。其中，风能具有清洁、开发成本低、环保、存储丰富等优点，备受世界各国的青睐。近年来，世界各国逐渐调整能源结构，提高风力发电量占全部发电量的比例。由于叶片长期运行在恶劣的自然环境中，受到大气氧化、强风荷载、空气腐蚀、沙砾冲刷、材料疲劳和冰雪覆盖等因素影响，不可避免出现叶片破碎、砂眼、裂纹、蒙皮脱离等故障。由生产缺陷、湍流风、闪电、不规则载荷等引起的风力涡轮机叶片的缺陷或损坏，可能导致影响叶片空气动力学效率的表面变化。它会损坏风机本身或相邻风机，甚至对操作人员造成安全隐患。这可能会导致功率损耗、高维护成本等。风电场大多安装在偏远地区，如陆上地区、山区、海上地区、沙漠地区等，叶片往往距离地面较远。涡轮叶片在暴风、盐雾、雨等复杂自然环境下工作的企业，面临着不同类型的破坏和挑战。因此，叶片的损坏不易及时发现并提供维护策略，会造成长期停机、发电损失、叶片重新吊装更换、经济损失高等问题。并且，海上风电机组的运行维护成本占比为15%-35%，高于陆上风电机组。因此，尽早检测出风力涡轮机叶片损坏以避免叶片故障，更好地运行涡轮机具有重要意义，并满足安全性、耐用性和可持续性的要求。这需要实施基于健康的维护管理、降低劳动力成本、最小化停机时间、防止不必要的更换以及改进风能收集等。

2.3额定功率前的运行优化策略

风机启动并网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下低功率(欠功率)状态运行，早期的风电机组在本阶段不加控制，其功率输出取决于桨叶的气动性能。近年来，为改善超低风速时风力机桨叶气动性能，采用了根据风速大小、调整发电机转差率、使其尽量运行在最佳叶尖速比，达到充分吸收风能、优化功率输出的目的。其控制信号采用风速变化稳定的低频分量，对风速变化随机波动的高频分量并不响应。

2.4风轮控制技术

在实际风力发电技术中，风轮控制技术是其中较为重要的一项技术，将其在风力发电系统中进行应用，可以有效提高风力发电系统运行的稳定性和安全性。在实际应用风轮控制技术过程中，主要是借助于功率信号的反馈，及时了解风轮功率的信号系统，并解析功率间的数值关联，以此为基础，针对相关曲线图进行测绘。因此在实际操作过程中，应剖析最大功率和系统产生的实际输出功率，并获取到功率差值，通过对风轮桨叶角进行调整，从而保证风轮综合运行功率的最大化。在实际风轮控制技术应用过程中，通过对叶尖速比进行掌控，可以不断对风速运行系统进行完善，确保运行效率达到预期的目标。

2.5风力发电机最大功率模型补偿控制

直接驱动永磁同步风力发电系统的内参数摄动使其成为一个非线性、多变量、强干扰的复杂系统，给整个系统的控制带来了一定的挑战。随着现代控制理论的发展，越来越多的先进控制算法被应用于风力发电控制系统中。设计一种基于鲁棒控制的变桨距控制系统，并通过仿真和对比试验验证了鲁棒控制器的有效性。针对建模误差、多变量系统控制耦合和外部激励等因素的影响，提出一种线性自抗扰控制策略不依赖于控件对象。将自抗扰控制策略与史密斯预测技术相结合，提出了输出预测自抗扰控制的复合策略，解决了时滞的影响。

2.6风力发电机组

1.普通异步风力发电机，普通异步风力发电机组具有结构较为简单、效率高、维修成本低、耐用和稳定优点。但也存在转速基本恒定，无法抑制功率波动，易电网电压闪变，对电网电能质量造成影响诸多缺点。风力机与异步发电机转轴间增设了齿轮箱，与异步发电机转速相匹配。发电机定子绕组直接与电网相连，其频率与电网频率相同，异步发电机转差绝对值为2%-5%，风力机转速在很小范围内发生变化，故称为恒速风力发电机组。2.双馈感应风力发电机组，双馈感应风力发电机组的定子绕组直接连电网，转子绕组通过集电环和变流器连接电网。其中变流器可以按照控制的要求调节转自电流的频率、幅值、相位，从而实现双魁异步风力发电机组的变速恒频技术。双馈异步风力发电机组得到了广泛应用，其最大优点是实现能量双向流动。

结语

作为一种良好的新型清洁能源，风能的长期使用为国家的发展和社会的进步带来了更多的服务，同时也能够为国民的生活提供方便。

参考文献

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