摘要：风力发电是当前较为新颖的发电方式，在使用过程中不会对环境造成污染，而且造价较为低廉。当前全球的气候都在逐渐变暖，而在这样的背景下风力资源作为一种较为清洁的能源而被得到了广泛的应用。当前各国都在积极的研究风力发电技术，在风力发电机工作的过程中如何有效的控制发电功率是整个风力发电机正常工作的重点。本文主要对未来风力发电发展的主要趋势做出了探讨，并且结合实际情况制定了相应控制发电功率的策略。
关键词：风力发电技术；功率控制；策略
相对于传统能源来说，风能的开发利用不仅成本低，而且环保安全，最重要的是风能是可再生能源。目前风能的开发利用主要是风力发电。在实际工作中，风力发电机组对风力的利用率是比较低的，因此专家对风力利用率的提高技术研究一直没有间断。
1 风力发电技术的基本发电原理
风力发电主要把风能转化为机械能为基础发电的，而后在将转化而来的机械能变成电力动能。在实际工作过程中，风力将风车扇叶带动旋转，旋转的过程中利用增速机加快扇叶的旋转速度，从而有效的促使发电机进行发电。而在风力发电过程中所使用的设备装置统一称为风力发电机组，而此发电机组又可以细致
划分为风轮、发电机和塔架三个部分。其中把风能转化为机械能最主要依靠的就是风轮装置，主要由两片或两片以上的螺旋桨形状的桨叶构成。当桨叶受到风的作用时，在桨叶上产生气动力来促使风轮的转动。为了确保风轮在工作过程中始终对准风向以获得最大的功率，在实际使用的过程中需要在风轮后安装一个类
似于风向标的尾舵。风力发电机的塔架就是一个支撑整个风轮、尾舵和发电机的构架。在设置铁塔的高度时，需要对实际环境中地面障碍物对风速的影响情况和扇叶实际直径的大小进行综合考量，以确保设置塔架的高度符合风力发电机实际工作的要求。发电机最主要的作用就是在风轮受到风的作用而产生恒定转速之后，再由升速机将其传递给发电机匀速运转，最终由发电机将机械能转变为电能。
一般小型的风力发电系统都具有较高的发电效率，但是这类发电机不仅只是由一个发电机头构成，是一个具备一定科技水平的系统，系统内包括发电机和变流器。一般风力发电机都是由机头、转体、尾翼、叶片这几个结构组成，这几个部分每个都有其作用。风力发电机的叶片主要受到风力的作用，并且通过机头将其转化为电能，发电机的尾翼能够与确保扇叶始终对着风向以获得风最大的作用力，风力发电机的转体为尾翼的正常工作提供了保障，通常转子所使用的都是永磁体或者励磁体，通过定子绕阻切割磁力线最终产生电能。
2 风力发电技术的发展
目前风力发电技术的发展变化主要呈现以下几种趋势：
1.小容量转向大容量。风力发电机组单机容量向大型化发展，现阶段为主的机组单机容量在1MW以上，最大达5MW，但美国等发达国家已经开始着手研制容量更大的机组，目前已成功应用7MW容量的发电机，并且更加大容量的发电机组已在研究当中。
2.陆地风力发电向海上风力发电转变。海上风力发电和陆地上风力发电的原理和技术基本相同，但在海上进行风力发电，不仅能够节约更多的土地资源还能
有效利用海上更加丰富的风力资源，进而进行大规模的批量生产，可以有效减少降成本。为此许多国家都在努力进行海上大规模发电。我国海上风力发电则才刚刚起步，上海的东海大桥海风电场项目是我国第一个海上风力发电项目，目前还在建设阶段。
3.定桨矩向变速、变桨恒频发展。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆变速运行和恒速运行的发电机相比具有许多优势，可以按照捕获最大风能的要求，在风速发生变化的时候实时地调节风机的转速，使其能够始终保持最佳的转速运行，具有减小机组的机械应力以及增加风能捕获量和风速变化适应性好、效率高、生产成本低等特点。变桨距和定桨距相比，具有更好的机组启动性能、机组结构受力荷载较小、输出功率稳定等优势，并且当风速过高，高于切出风速时，能够通过桨叶顺桨很好的保护风机免受损坏，增长风力发电机的使用年限。唯一的不足是，增加了变桨设置以后，会使得机组更加容易出现故障，使程序控制更加趋于复杂化。
4.变有齿轮箱电机为直驱式电机。只驱式即无齿轮式永磁风力发电机，该种电机不仅能满足工作要求高的要求、还能有有效改善增速齿轮箱沉重、加工难度大等诸多问题，而且发电机直接连接大也轮轴上的只驱式发电机具有系统高效性、可靠性等优点。国际领先水平的无齿轮风机，使用全功率变频器将频率变化的风电送进电网中。这种直驱是风机因为不具备齿轮箱，因而零部件相对于传统有齿
轮的要少很多，这样以来就提高了电机运行的效率、增强了其可靠性，得到广泛的应用。
5.结构设计趋于紧凑、轻盈化、柔性以及高可靠性。尽管风力发电的技术在最近几年得到了飞速的发展和巨大的进步，但是其技术从商业的角度看，体现出机组寿命短的弊端。因而，提高发电机组相关构件的可靠性，改善机组结构设计是十分必要的。通过机组结构进行优化设计，使用更加可靠的材料、可变速转子并选用先进的装置，不仅能够减轻发电机组的负荷还能有效减少风机自重以及相关部件的花费，显得经济高效。
3 风力发电功率控制策略
1.风力发电机变桨距控制。在风力发电中风力发电机组在安装结构上根据风轮叶片和轮毂可以分为定桨距风力发电机和变桨距风力发电机两种。定桨距风力发电机是将叶片固定安装在轮毂上，在工作过程中，桨叶是不会发生角度变化的。变桨距风力发电机在实际工作中必须解决风速变化时桨叶自动调节功率和风力发电机的制动功能。具体表现在：①变桨距风力发电机在叶片和轮毂之间采用非刚性联结方式，这样叶片就可以在工作中通过节距的调整，根据风速调整叶片和轮毂之间的角度。在实际工作中，无论风速怎么变化，叶片与轮毂始终保持在最佳的角度，在风力发电中可以提高输出功率；②在风力过大超出风力发电机的切出风速时，就会自动停止工作，桨叶可以在风力机停止工作时保护风力机不会受到损害。
2.风力发电机偏航控制。在风力发电机组控制系统中风力机偏航控制是非常重要的组成部分。偏航控制系统在工作中与风力发电机组相互协调，可以保持风轮一直处在迎风状态，这样可以很大程度上提高风力发电机组的发电效率，同时也可以保障风力发电机组的运行安全。风力发电机偏航系统分为主动迎风偏航系统和被动迎风偏航系统。风力发电机偏航控制系统在工作中主要是在风力发生改变时，可以更好地调整风力发电机，让风力发电机始终处在风向的正前方，这样可以最大限度地捕获风能，对风力发电机的功率输出有很大提升。
3.风力发电机控制。在风力发电技术功率控制中，可以通过风力发电机来控制功率输出。风力发电机大多采用双馈异步风力发电机。双馈异步发电机的最大好处就是可以根据风速变化进行适当调整，这样可以保证风力发电机的运行始终是最佳状态，对风能利用率的提高有很大帮助。同时，在双馈异步风力发电机运行过程中，通过控制馈入的电流参数，在保持定子输出的电压和频率不变的基础上，调节电网的功率因数，保障风力发电机的系统稳定。
风能利用发展势头强劲，风力发电技术日渐成熟、发电成本不断下降，风力发电机组单机容量不断增长，风电场正从陆地向近海发展，以更加充分利用风能资源。迫切需要解决风能规模化、低成本利用中涉及大功率风电机组与近海风能利用的关键技术，实现风能利用的高效率和高可靠性。
参考文献：
[1]王建.近海风电场关键技术[J].华东电力，2014，35（2）：37-40.
[2]马航.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2014.
论文作者:朱洪喜
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/13
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