摘要：随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，传统的能源供给面临巨大的压力。风力发电技术的出现，极大地缓解了社会生产中的能源需求问题。在使用风力发电技术的同时通过功率控制，有效提高了风力发电机组风能的利用率。论文主要对风力发电技术做了分析，探讨了风力发电技术功率控制策略。
关键词：风力发电；功率控制；双馈感应发电机
一、风力发电技术
1.1风力发电机组运行方式向变桨、变频恒频方向发展
与风力发电机组的恒速运行方式相比，变速运行方式允许根据风速的变化情况对风力机的转速进行实时调节，如此确保风力发电机始终保持最佳的运转状态，进而实现风能捕获量最大化，可见风力发电机组采取变速运行方式体现出生产成本低、风能捕获量大、风速适应性好、机械应力低、生产效率高等优点。除此以外，变桨距比定桨距更优，即变桨距对稳定机组输出功率、增强机组起动性能、控制机组结构受力载荷至关重要，同时若切出风速比风速高，那么经桨叶顺桨亦能对风机起到保护作用，进而延长风机的使用寿命。然而上述发展举措尚待完善，因为变桨装置的增加势必增加故障的概率，同时导致控制程序复杂化。
1.2风力发电机向无齿轮箱直驱式方向发展
与有齿轮箱相比，无齿轮箱直驱式永磁风力发电机要求发电机轴与叶轮轴直接连接，如此直接省去增速齿轮箱的举措对实时改变转子的转速及输出交流电的频率起着重要作用，同时也体现出风力发电系统高效率及高可靠性的特点。无齿轮箱直驱式风力发电机作为国际一流风力发电机，其主要借助低速多极永磁发电机及全功率变频器来实现风电到电网的过程。实践证实，直驱式风力发电机的应用能够实现系统的高效率及高可靠性，因此具有较大的应用前景，同时永磁电机也表现出能量密度大、运行效率及可靠性高、造价越来越低的特点，因此此类发电机必定长时间占据国际市场。
二、风力发电的控制技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：
1.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。
2.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60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
3.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。
4.风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，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。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。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，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：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。
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三、变速恒频双馈异步发电系统的网侧变换器直接功率控制策略
近年，关于DFIG风力发电系统变频器的频率控制策略已经有了很大的进步，目前双馈异步风力发电系统的主要控制策略包括：直接功率控制和矢量控制。矢量控制是大部分双馈异步风力发电系统中采用的控制策略。但是对于直接功率控制策略只有少数的公司使用。本节主要介绍网侧变换器直接功率控制策略。
3.1数学模型
DFIG风力发电系统主要采用的是双直流电机变频器做励磁系统，网侧变换器指的是和电网相连的部分，和DFIG的转子相连的部分称作转子侧变换器，两种变换器之间用直流环节分开，控制相对独立所以可以分别的进行分析研究。这种网侧变换器可以实现双向的流动具有良好的输入输出性能并且技术成熟，所以成为当前DFIG风力发电系统主流的频率控制策略。
网侧变换器也分为两种控制方式：矢量控制和直接功率控制。其中矢量控制对电流精度的要求比较高却跟踪性好，缺点是矢量控制需要同步速的坐标变换，所以它的控制结构相对比较复杂。直接功率控制的控制结构简单，动态性能比较好，所以受到了广泛的关注。但传统的基于查询表的直接功率控制的开关频率不稳定所以会产生不固定的电流的谐波，这种谐波的产生导致了电流滤波器的设计工作，并且有功和武功的脉动会比较大。所以本文提出了一种假如电压空间矢量的调制技术，这种技术中主要利用同步速坐标来实现固定的开关频率并且有效地抑制了功率脉冲的产生。
网侧变换器采用的是三相两电平的PWM变换器构成，这种变换器的主要特点是可以实现双向的流动。工作原理是：当DFIG在亚同步的速度下工作时，网侧变换器就会处于整流的状态，能量会从三相的交流的电网中直接汇入直流环节。当发电机系统的工作速度超过同步的时速时，网侧变换器会处于你变的工作状态，能量会从直流环节汇入到三相交流网络中。DFIG风力发电的网侧变换器拓扑结构如图3.1所示。其中直流侧通过电子容器和转子侧变换器链接在一起。
3.2网侧变换器直接功率控制
(1)基于查询开关表的频率控制
这种基于查询开关表的方式是基于离线计算开关表和置换调节器组成的。主要的实现方式是通过计算功率之间的误差和扇区信号来对不同的交流电压的矢量进行选择，进而来获得开关表的信号。
(2)预测直接功率控制
预测直接功率控制指的是在一个控制的周期内，可以选择多个电压空间矢量，再根据无功功率、有功的误差来确定选择合适的矢量，合理的安排时间，最后获得变换器运行的开关信号。
(3)基于滑模变结构的直接功率控制
基于滑模变结构的直接功率控制主要原理是：吧滑模控制器和直接功率控制策略相结合，实现了固定的开关的频率，这种方式的优点是降低了无功和有功功率的乱扰现象。
滑模变结构的特性是：会使系统沿着特定的状态轨迹做高频率小幅度的上下的运动。滑模变结构控制器的设计主要根据的是滑模的存在性条件和系统在正常情况下工作的动态品质的要求来设计的。系统主要通过切换函数S的符号进行判断，进而不断切换控制的变量来改系统的整体结构状态，追中是系统在实现设计好的状态下正常的运
结束语
随着风能的广泛应用，风力发电技术不断发展，主要趋势是发电成本不断降低，发电功率不断给上升，并且逐步从陆地风力发电向海上风力发电发展。为实现风力发电的规模化，要不断创新发电技术，实现风力发电的高效性，同时在功率控制方面，要结合实际，不断优化发电机组内部机构，使风力发电的电量更加稳定、高效。
参考文献
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论文作者:韩国栋1,白凯2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：变换器论文; 功率论文; 风力发电论文; 技术论文; 齿轮箱论文; 系统论文; 风能论文; 《电力设备》2018年第15期论文;