摘要：随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。风力发电是一种主要的发电形式，是可持续发展理念的主要体现。因此，本文简要分析了风力发电控制技术的新发展，同时对我国风电技术发展过程中存在的问题提出了相关建议。
关键词：风力发电；电气控制技术；发展
1引言
随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。现阶段我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能基本满足国内风电发展需求，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
2电气控制技术概述分析
就目前的情况看，这一技术已应用到包括电厂等各领域当中。以风力发电为例，相对于火力及水力发电等，风力发电受自然环境影响严重，一旦气压以及空气温度等发生了变化，其发电过程也会受到影响，因此可以说，其发电过程具有不稳定性。为了提高风力发电效率，我国已经对发电机组的叶片直径进行了改良，一定程度上使得发电效率得到了提高，但鉴于风力发电所面临的自然环境的恶劣性，为了使发电过程能够更加顺利的实现，必须加强对整个运行过程控制，从而实现更好的控制效果。电气控制技术的出现为控制过程的实现提供途径，将其应用到风力发电过程中，已成为该领域发展的必然环节。
3风力发电过程中存在的问题分析
风力发电对能源节约及环境保护的重要性不言而喻，但受自然环境等多种因素的影响，其在运行过程中仍存在一定的问题，主要体现在以下方面：
3.1 电网质量得不到保证
风力发电具有一定的不稳定性，这是导致电网质量得不到保证的主要原因。风力发电主要是通过对风资源的利用而实现发电的过程，风资源本身具有很大的不稳定性，其速度以及方向均不固定，因此，若无法对其进行合理的控制，在上述两方面因素发生变化时，电力负荷以及电能均会产生一定的变化，如变化过大，超过电网所能够承受的范围，电网质量便会受到影响。
3.2 风力发电系统构成情况复杂
受技术水平等因素的影响，现阶段我国风力发电系统的构成情况以及动态特性都十分复杂。作为两种主要系统模型，线性模型与非线性模型在风力发电过程中均有所应用，但由于两者在功能的发挥以及对于环境的要求方面有所不同，因此采用传统的技术手段，统一对其进行技术控制，必定无法充分满足两种模式下风力发电系统的运行需求，由此可见，将新的控制技术应用到系统中已经开始变得尤为必要。
4风力发电电气控制技术的应用与发展策略分析
风力发电电气控制技术主要包括变速风力发电技术、变桨距风力发电技术、主动失速风发电技术及定桨距失速发电技术四种，四种技术分别凭借不同的原理而实现，主要体现在以下方面：
4.1 变速风力发电技术
一般情况下，风力发电机在运行过程中其速度均保持平衡与稳定，针对这一特点，一旦自然界中的风速发生了变化，其运行情况以及发电频率便会受到影响。变速风力发电技术的应用能够使上述问题得到有效解决。发电机的转速能够根据风速的代销做出调整，在风速较大时，为了避免功率过大而引起电网的损坏，发电机能够根据风速情况自行实现转速调整，进而使功率得以平衡。我国国土面积较大，采用这一技术能够有效的适应不同地区的不同风速情况，因此，将其应用到风力发电过程中很有必要。
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4.2 变桨距风力发电技术
变桨距风力发电技术通过对桨叶角度的调整，实现对较大的功率的调整，相对于其他电气控制技术而言，这一技术的应用所使用的材料整体重量较轻，因此即使发生外力影响，其所受到的危害也相对较小，对于风力发电持续性的保证能够起到一定效果。但具有缺陷，主要体现在对成本要求高这一方面。从长远的角度看，随着对该技术科研力度的加大，其成本必定能够得到有效的减少，同时其应用范围也必定能够得到扩大。
4.3 定桨距失速发电技术
定桨距失速发电技术是在传统风力发电技术的基础上发展起来，通过对叶片结构的改良，实现对功率的控制的一种技术。在将其应用到实际风力发电过程中后发现，该技术实现有效控制功率的目的，但基于其本身叶片重量的影响，该技术下风力发电的整体效率却无法得到保证。变桨距风力发电技术是对定桨距风力发电技术的改良，解决了其中存在的桨叶重量过大的问题。
4.4 主动失速发电技术
为解决定桨距失速发电技术中存在的风力发电效率不高的问题，解决变桨距失速发电技术中存在的对成本要求过高的问题，主动失速发电技术出现。在综合考虑上述两种技术的优势的基础上，主动失速发电技术对两者的优势进行继承，并对其缺陷进行了优化与改良，最终使得两种技术下存在的缺陷得到了解决。
因此，该技术的原理在于根据桨距角在不同情况下的变化去控制风能的捕获量以及速度，理论上看，具有较高的应用价值，但从实践的角度看，易造成更加严重的失速，使得功率脱离控制，而对整个电网的运行造成不良影响。解决上述技术存在的缺陷是风力发电领域必须研究的主要内容。
5风力发电机组控制技术的发展
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，主要在于：
自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的；为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60～100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量；自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用；风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，与恒速风电机组相比，优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率。随着风电控制技术的发展，根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以得到理想的输出功率。变桨距风力发电机组的优点是：输出功率平稳，在额定点具有较高的风能利用系数，具有更好的起动性能与制动性能，能够确保高风速段的额定功率。
6结束语
展望我国未来的风电产业发展，必须加强自主创新掌握核心技术，加大电网建设力度，合理规范风电开发，加大政策扶持力度，建立健全完善统一的风电标准规范体系，从而使其为风力发电稳定性以及可靠性的提高提供更好的保证。
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论文作者:王明佺
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
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