(甘肃华电环县风力发电有限公司瓜州分公司 甘肃省酒泉市 736100)
摘要：风力发电技术是当前电力新能源应用的一个主流趋势，文章通过对风力发电技术进行分析，从多方面探讨了风力发电下功率提升的控制策略，希望文章论述能够为相关工作提供一些建议。
关键词：风力发电；发电技术；功率控制；发电功率
引言
我国在可持续发展道路上，着重开发可再生资源是满足当前电力需求供应的主要渠道，风力发电便是其中之一。依据风力发电控制系统工作原理，风速大小的变化，对产电量具有一定影响，随着风速的增加，产电量逐渐增多。
1 风力发电原理
风力发电的原理是把风能转化为机械能，再将机械能转化为电能进行输出。具体过程是通过风带动风机叶片转动，从而使发电机内部线圈旋转切割磁场，最终产生感应电流，并被储能装置以电能的形式储存起来。通常风力发电机由风轮叶片、低速轴、高速轴、风速仪、塔架、发电机、液压系统、电子控制系统等部件组成。其中，风轮是将风能转化为机械能的装置，根据风向的变化调节风轮方向，可以最大限度地利用风能。塔架是连接支撑风轮和发电机的支架，其高度是由周围地势和风轮大小决定的，以确保风轮的正常运行。发电机是将风轮产生的机械能转化为电能的装置。在风机构造中，定义风轮叶片尖端线速度与风速之比为叶尖速比，是风机的重要参量，其大小是影响风机功率系数的重要参数。通过设计风轮的不同翼型和叶片数，可以改变叶尖速比。风机组的功率调节是风力发电系统的关键技术手段，其主要方式包括定桨距失速调节、变桨距失速调节和主动失速调节三种。定桨距失速调节将风机叶片和轮毂固定，叶片顶角不能随风速进行调整，其结构相对简单，可靠性强，风机输出功率随风速而变化，因此在低风速下其利用率较低。变桨距调节是通过改变桨距角调整风能的转化效率，尽可能的提高风能转化效率，使风机输出功率保持平稳。主动失速调节是通过叶片主动失速来调节输出功率。当风速低于额定风速时，通过控制系统进行调控；当风速超过额定风速时，变桨系统通过增加叶片攻角使叶片失速，从而限制风轮的吸收功率。
2 风力发电技术分析
2.1风力发电并网技术
2.1.1同步风力发电并网技术
同步风力发电并网技术主要是将风力发电机和同步发电机相结合，在进行同步发电机的运行中能够有效的输出有功功率，并且能保证为发电提供必要的无功功率，促进周波稳定性提升，可以有效的提高电能稳定性。同步风电发力机具有工作效率高，体积小，结构紧凑，成本的可靠性高，维护量小等优点。该发电机的转速平稳负载特性强，周波稳定，发电机组发电电能质量高，这导致同步风力发电机在风力发电中的应用十分广泛。同步风力发电并网技术在整个风力发电技术的应用中占很大的比重。在同步风力发电并网技术的应用中，风速波动明显会造成转子转距出现较大的波动，容易影响发电机组并网调速的准确性。为了解决这个问题，可以采用在电网和发电机组之间安装变频器的方法避免电力系统无功震荡和步失，有效的提高并网质量。
2.1.2异步风力发电机组并网技术
异步风力发电机组并网技术，这项技术与上一项技术在原理方面存在显著的差异，主要是通过对发电机组的运转情况进行调整，进而提高发电机组的转差率，提高相关设备的使用精准度。这项技术在应用方面还存在一些问题，主要体现在并网技术应用不合理很容易产生冲击性的电流，冲击性电流的存在还加大电压，影响电压的安全性能。为了避免这种情况的出现，相关的技术人员通过对有关的资料进行查询，提出了两种方法，分别是提高磁路的饱和性能以及增大机组运行的电流。异步风力发电机组并网技术在风力发电行业中的使用可以有效的节省相关的操作流程，提高设备的使用效率，加大产生电流的容量。除此之外，电流的输送以及传递也会对风力发电的质量造成一定程度的影响，相关的技术人员应该提高电能的传送效率，推动相关产业的进步。
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2.2控制技术
在风场运行的环境下，风电机组由于无人值守，所以对系统的控制有着更高的要求。使用自适应控制器，能够让风电机组在最大的范围内，使用功率系数得到优化。其工作原理为，利用对系统的输入输出展开测量，分析控制过程中需要的参数，并利用控制系统展开控制。相比于原有的控制器，自适应控制器性能得到了较好的优化，性能大大增加。它通过构建出准确的数学模型，对风力发电机组的电功率展开控制，进而更高效地进行控制，并节约成本。
2.3风光互补发电技术
风光互补发电技术，就是将风能发电系统和太阳能发电系统进行整合。单一的风力或太阳能发电系统都非常容易受到自然条件的限制，由于这些不利条件的存在，在单独的使用其单一能源进行转换为经济、可靠的电力时都会存在很多问题。若将风能与太阳能综合利用起来以组成一个互补的新的发电系统，在整个互补发电系统中充分利用各单一发电系统的互补性，可以建立起更为经济、可靠的互补发电系统。
3 风力发电技术与功率控制策略
3.1做好谐波抑制措施
为了最大程度的提高电能的利用效率，相关的技术人员主要采取的方式是通过对结合组静止无功补偿器进行使用，来对影响谐波的因素进行抑制。由于我国电力行业的发展在最近几年来受到了人们的广泛关注，电能设备的发展方向朝向多元化、丰富化的方向发展，现阶段，市场上抑制器的种类也越来越丰富。谐波抑制工作使用的抑制器是组合型的，由可投切电容器、电抗器以及谐波滤波装置构成，这种抑制器与其中类型的抑制器相比，功率的转化速度加快，可以对风力情况进行追踪检查，可以在短时间发现不稳定的情况，并且对这种情况进行及时的解决，提高抑制谐波的效率以及风力发电的质量情况。
3.2有源滤波器的应用
要对电压闪变进行抑制，需在负荷电流发生急剧波动时，对负荷变化发生的无功电流进行实时补偿。现阶段，一般是采用有源滤波器，主要是由电力晶体管和可关断晶闸管构成，在一定程度上对负荷电流进行实时朴偿，同时由于该滤波器采用的是可关断的电子器件，能利用电子控制器替代系统电源，并且向电压负荷输出畸变电流，以此确保系统仅仅向负荷提供正弦的基波电流即可。有源滤波器设备优势突出，具有快速的响应能力、电压波动大、闪变补偿率高和补偿容量小的特征。其在运行方面稳定可靠，具有非常强的控制能力，对控制电压波动和稳定电压具有积极的作用。
3.3开发最优风电机组功率控制方法实现最大发电输出
在风力发电系统中广泛应用的风机是变速恒频风机,它的转速可以在低于额定风速时随风速变化而变化,使风机保持在最优功率点工作进而捕获最大风能。当高于额定风速的情况下,也可以通过调节浆距角来实现风机的功率输出。风能的特性本身就是不稳定且随机的一种天然能源,因此捕获风能的手段既与风力发电机自身特性有关,又与其控制方法有关。当风机转速恒定的时候,风力发电机的输出功率与风速成正比,所以对于某一风速来说,总是存在一个最大输出功率的。合适的控制方法能够将风力发电机风轮的速度紧跟风速变化而变化,做到尽最大可能减少滞后时间,使得风力发电机能够随风速变化依然可以保持捕获最大风能。
结语
我国作为一个能源生产和消耗大国，发展清洁能源对于解决能源短缺和环境保护具有重要意义。风电技术可以减少化石燃料对环境的污染，降低有害气体的排放，保护生态平衡。但是当前风电技术还存在许多问题，因此需要分析具体问题，实事求是，制定相应措施，优化风电产业结构，加大投入力度，促进风电技术的稳步发展。
参考文献：
[1]林静,蒋雷.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].通讯世界,2018,No.336(05):247-248.
[2]梁家斌.风力发电并网技术及电能质量控制对策分析[J].电工技术,2018(12):69-70.
[3]吕昶.风力发电并网技术及电能质量控制措施探讨[J].科技视界,2017(28):131-131.
论文作者:卢学升
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：风力发电论文; 技术论文; 风速论文; 风轮论文; 风能论文; 风机论文; 功率论文; 《电力设备》2019年第19期论文;