摘要：风能是一种清洁新型能源，可以有效缓解能源危机，推动社会经济持续增长。风力发电技术经过不断的完善和创新，逐渐成为新型清洁能源中重要组成部分。但是，较之国外的风力发电技术而言，我国的风力发电技术水平还处于一个较低水平，尤其是风力发电整体设计和调速调频等技术还不够成熟。故此，加强风力发电控制技术分析是十分有必要的，
关键词：风力；发电机；风力发电控制技术
1风力发电机
1.1传统风力发电机
传统风力发电机主要包括笼型异步发电机、绕线式异步发电机、有刷双馈异步发电机和同步发电机等。笼型异步发电机的原理是利用电容器进行无功补偿，在高于同步转速附近作恒速运行，采用定桨距失速或主动失速桨叶，单速或双速发电机运行。绕线式异步发电机工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻，从而调节发电机的转差率，发电机的转差率可增大至10%，能实现有限变速运行。双馈异步发电机可以降低异步发电机并网运行中功率变换器的功率。采用同步发电机极数很多，转速较低，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，可工作在起动力矩大、频繁起动及换向的场合。
1.2新型风力发电机
1.2.1开光磁阻发电机
这种新型发电机不仅本身拥有简单的内部结构，而且又具备良好的动静态性能，所以，它本身所有的能量密度比较高，就会拥有较高的工作效率。在电动机的具体应用过程中，为了使电机能够顺利地正常工作，可以根据运行状态来改变相绕组的停电顺序，励磁电流发出的旋转磁场带动转子动作；而作电动机运行过程中，电机中的各种物理量，也将会出现周期性变化，在转子位置减小时，可通过给予相绕组激磁电流将机械能转化为电能。开关磁阻发电机适用于＜30kw风力发电系统。
1.2.2无刷双馈异步发电机
无刷双馈异步发电机其基本原理与有刷双馈异步发电机相同，主要区别是取消了电刷，此种电机弥补了标准型双馈电机的不足，兼有笼型、绕线型异步电机和电励磁同步电机的共同优点，功率因数和运行速度可以调节，因此适合于变速恒频风力发电系统，其缺点是增加了电机的体积和成本。
1.2.3永磁同步发电机
这种发电机使用的是永磁体励磁，所以不用外加励磁装置，能降低励磁损耗，同时也不需要安装转向装置，具有寿命长、效率高的特点。在电机转子被风能驱动旋转时，转子与定子会发生相对运动，进而在绕组中产生感应电流。因此永磁同步发电机适用于并网系统的发电系统。
1.2.4永磁无刷直流发电机
永磁无刷直流发电机电枢绕组是直流单波绕组，采用二极管来取代电刷装置，两者连为一体，采用切向永磁体转子励磁，外电枢结构。此种电机不但具有直流发电机电压波形平稳的优点，也具有永磁同步发电机寿命长，效率高的优点，适合在小型风力发电系统中应用。
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2风力发电控制技术
2.1定桨距失速风力发电控制技术
定桨距风力发电机组主要解决了风力发电机组的并网问题、运行安全性与可靠性问题。采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术。桨叶节距角在安装时已经固定，发电机转速由电网频率限制，输出功率由桨叶本身性能限制。当风速高于额定转速时，桨叶能够通过失速调节方式自动地将功率限制在额定值附近，其主要依赖于叶片独特的翼型结构，在大风时，流过叶片背风面的气流产生紊流，降低叶片气动效率，影响能量捕获，产生失速。由于失速是一个非常复杂的气动过程，对于不稳定的风况，很难精确计算出失速效果，因此很少用在大型风力发电机的控制上。
2.2变桨距风力发电控制技术
根据空气动力学的相关理论，当室外风速比较高时，对桨叶节距、气流对叶片攻角等进行一定程度上的调整，进而达到对空气动力转矩实行控制的目的，以有效保证稳定系统输出功率。另外，通过利用变桨距调节方式，进而保持平滑的风机输出功率曲线。而在出现阵风时，由于基础、叶片与塔筒等均会受到较大冲击，所以与失速调节型风力发电机相比，产生电能较少，因此可降低了材料的使用率。而这种控制技术的缺点在于，变桨距结构复杂，且对阵风响应速度要求高，降低了由于风波动而造成的功率脉动。
2.3变速风力发电控制技术
变速运行是风机叶轮跟随风速变化改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大的运行方式。与恒速风力发电机组相比，变速风力发电技术具有低风速时能够根据风速变化在运行中保持最佳叶尖速比获得最大风能、高风速时利用风轮转速变化储存的部分能量以提高传动系统的柔性和使输出功率更加平稳、进行动态功率和转矩脉动补偿等优越性。
2.4主动/混合失速发电控制技术
主动失速/混合失速发电控制技术综合利用了两种控制技术，当风速相对较低时，通过对变桨距进行有效调节，进而达到最高的气动效率，并且在风机达到额定功率后，风机可根据变桨距调节的方向，来实现浆距的改变。由于此种调节可引起叶片攻角的变化，因此可稳定使功率、实现更深层次失速，具有多种优点，适合在系统中应用。通过上述内容分析，我们不难发现，目前的风力发电机和风力发电控制技术主要是朝着电能质量、运行稳定可靠方向发展，向着智能化、微风发电方向发展。
3技术发展趋势展望
在提升效率，节约资源，提升品质，降声降噪，防险保稳和简化控制等因素的驱动下，风力发电已走向大规模、控速度、减电刷、直驱动、现代化和微应用。在大型化的进程中不仅节约了土地使用面积，减少了并网花销，还降低了功率输出成本。变桨距和变速恒频技术的研究有效解决了风力发电的规模受限的问题。直驱技术的采用，不仅消去了齿轮箱，提高了能源利用率，还减少了发电费用，降低了噪声污染，有效提高了风力发电的安全性。无刷控制技术的应用方便了设备维修，提高了设备的稳定性。智能控制技术的发展给风力发电提供了许多新的控制方法，如模糊控制方法、神经网络控制方法、模式识别和自适应控制方法等，为应对风力发电中的系统参数变化或非线性影响因素的分析提供计算方法。
4结束语
风能作为一种清洁新型能源，可以有效缓解能源危机，推动社会经济持续增长。风力发电控制技术经过不断的完善和创新，逐渐成为新型清洁能源中重要组成部分，有助于推动社会进步和发展，带来更大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]风力发电系统运行控制技术综述[J].周雁晖，李晓峰.江西电力.2011（01）
[2]风力发电机组控制技术的研究[J].武卫平，沈滨.东北电力技术.2011（05）
[3]风力发电技术综述[J].蒋宏春.机械设计与制造.2010（09）
论文作者:张文杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/28
标签：发电机论文; 风力发电论文; 技术论文; 永磁论文; 风速论文; 桨叶论文; 转子论文; 《电力设备》2017年第35期论文;