摘要：当前，风力发电越来越受到人们的重视，这是一种无污染、环保的发电模式，依靠大自然的力量向人们的生产生活提供电能，因此成为研究人员们的重点研究课题。因为该发电模式与传统的发电模式有所不同，因此寻求更为有效的发电调频技术就显得尤为重要。本文重点对该技术进行详细的探讨。
关键词：风力发电；调频技术；储能
一、风力发电调频技术应用的必要性
研究发现，风力发电发展前景广阔，其发电成本与常规电力基本接近，因此其逐渐受到世界各国的重视，对于其研究也逐渐深入。根据相关调查显示，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦，因此我们应不断加强风力发电技术的探索和实践，以为我国的经济发展提供能源保障。风力发电具有较为稳定的发电成本，对环境污染小，因此其发展前景较为广阔。
由于自然风速的大小和方向的随机变化，风力发电机组切入电网和切出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运动过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。风力发电系统的控制技术从定桨距恒速运行至基于变桨距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组理想地向电网提供电力的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一，功率调节方式主要包括定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种控制方法。
二、风电储能参与系统调频
2.1风电蓄能
风能是随机性的能源，具有间歇性，并且是不能直接储存起来的，因此，若在风能资源丰富的地区，以风力发电作为获得电能的主要方法时，必须配备适当的蓄能装置。在风力强的时段，除了通过风力发电机组向用电负荷提供所需的电能以外，还要将多余的风能转换为其他形式的能量，并储存在蓄能装置中；在风力弱或无风时，再将蓄能装置中储存的能量释放出来并转换为电能，向用电负荷供电。由此可见，蓄能装置是风力发电系统中实现稳定和持续供电必不可少的工具。储能系统在风力发电中起到“后勤保障”的作用，是风力系统参与调频过程中的重要组成部分之一。
2.2参与调频
储能系统有响应快、控制灵活多变和性能稳定等特点，在风力发电机组中配备蓄能装置能够协助风电参与系统的调频过程。对储能系统在风力发电中的应用要协调、合理，使其能够充分发挥作用。如果我们使用的不合理，不但会造成成本增加，而且还会影响经济效益的稳定性和储存装备的质量，甚至阻碍风力发电的发展。研究人员对储能系统的研究发现：如果能将转子控制与储能系统进行科学结合的话就能很好地控制不利因素的产生。比如，转子转速控制中的灵活性问题，使它能在短时间内对系统的频率情况作出相对应，减低了成本，提高了蓄能的经济效益；储能系统在变桨控制的过程中能够连续一段时间参与系统调频且不受外界干扰，这也能降低储能的运行成本。综合来看，储能系统是未来风力发电过程中的重要环节，要加以研究并科学利用，促进风电的发展。
三、风力发电的调频技术
3.1转子超速控制方式
转子超速控制的关键是如何在转子超速转动时对其进行有效控制，这也是工作中的难点和重点。在实践中一般会保留一部分风机运行速率以作为备用，用来作为一次频率调节。所以，对转子超速控制集中在一次频率调节响应速度上，响应的速度越慢，对风机的影响就越大，响应的速度越快，则对风机的影响就相对较小。转子超速的适用范围也有局限性，在超速控制过程中有一些盲区是无法进行有效控制的，这就要求风机转速要控制在一个合理的范围内。
3.2转子惯性控制方式
风力发电机可以分为两种类型：一种是变速型，另一种是定速型。定速型在以前用的比较多，但是由于其容量小、贡献少，不能满足现在风电发展的需求，逐渐被淘汰掉了。变速型风力发电机又可分为两种类型：直驱型风机和双馈型风机。直驱型风机的波动范围比双馈型风机的波动范围大，灵活性不是很强，在控制上有所缺陷。所以，在实际应用中要突破技术难关，使其更好的被利用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而变速型风机和直驱型风机不一样，它具有很大的控制灵活性，可以通过调整控制策略和控制目标使机组根据系统频率变化做出主动响应，具备和传统类似的调频能力和惯性响应。
转子惯性控制是风力发电机组运行过程中，通过改变给定电流机组转子侧变流器，控制转子速度变化时吸收或释放风力发电机组旋转质体所存储的一些动能，对系统频率的短时变化做出响应，提供和传统机组相似的转动惯量。但是还存在美中不足问题：由于风速的自然属性，很难保证风电机组提供的惯性响应容量的可信度，增加了系统的复杂性和不稳定性；在惯性响应后，转子转速还原过程中会释放或吸收能量，很容易造成系统频率的不定性变化；在风速高和系统频率低的状态下很难通过提高转子转速以降低机组输出功率，在风速低和系统频率下降的情况下很难通过降低转子转速增加机组功率输出。
3.3变桨控制方式
风机桨叶距离上的夹角是在变桨距控制的过程中显现出来的。变桨控制的最突出优点是运行在最大功率范围内的情况下还可以保留一些容量供自身调节。风向和风力具有流动性，对桨距角的大小有约束作用。桨距角大，要备用的有功功率就越多，实际上捕获的风能就会减少。桨距角的大小关系到风力功率的有效控制。所以在实际中要注重桨距角的调节能力，使其更有效地控制风能的捕获量。值得一提的是，不能盲目对桨距角进行频繁调节，这样不但得不到预期效果，反而会产生负面影响，对风力发电机组造成磨损，缩短设备的使用寿命，增加维修费用和折旧损失，进而影响风力发电的经济效率。
四、调频技术的经济效益分析
1.节能效果显著
矿山风机选型设计时，用户、设计院及制厂均留有较大的裕度。用户实际需要的风量，经常在设计流量的80%以下。假如实际需要的流量为额定流量的80%，采用变频调速时消耗的能量只有不调速时的51%，节能49%，比用矿}f_I风机挡板调节可节能37%左右。
2.功率因数高
目前诵用弯频器普遍采用PWM（脉宽调制）控制，功率因数均在0.9以上。近几年推出的直接转矩控制的变频器，功率因数为0.95一0.970过去为提高功率因数采用同步电动机驱动的方案，现在可以用简单的笼型异步电动机加变频器的方案代替，价格并不比同步电动机及其励磁装置高，还可以收到节能、减少维护费及减少维修时间的效果。
3.使用功能完善
生产工艺流程对矿山风机调节提出的任何要求，变频器都可以实现。除可以实现常规的开、闭环控制外，对重要矿山风机的停电自动保护和矿山风机特有的喘振保护，变频器本身都可以轻易地实现。
4.保护功能齐全
对电网、变频器本身及电动机的各种故障和异常，都有完善的保护。自动诊断系统可自动报警并给出故障的原因，从而确保机组的安全运行。
5.可靠性高
可靠性高不单指笼型异步电动机结构简单、坚固及易维护；变频保护功能齐全，可避免损坏。更重要的是体现在变频技术的进步，确保调速系统的可靠运行上。高速实时检测电网、变频器和电动机的运行状态，对负载或电源干扰引起的状态变化做出迅速反应，使调速系统始终保持正常运行，并自动寻优。
结束语
我国风力发电调频技术的应用发展应先从转子超速控制和惯性等方面着手，发展调频技术，为风力发电提供参考依据。为了保证电力系统运行的稳定性，还需要对风力发电进行适当的调整和改进。本文的一些观点或看法难免有所不足，望读者积极批判并加以纠正。
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论文作者:黄成龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/15
标签：转子论文; 风力发电论文; 风机论文; 系统论文; 风能论文; 技术论文; 储能论文; 《电力设备》2018年第25期论文;