关键词：风力发电；发电机组；电气控制
引言：随着经济的发展，社会各界对电力的需求均有所增加，针对能源生产技术所展开研究越发深入。作为组成电能技术体系所不可或缺的重要部分，风力发电能否取得应有的成效，主要取决于所应用控制技术的科学性，本文所研究课题的现实意义，自然不言而喻。
1风力发电及电气控制技术概述
1.1风力发电
风力发电强调的是将风能向电能进行转换。作为环保、清洁且蕴藏巨大能量的可再生能源，对风能加以利用，可以使污染严重、能源紧张等问题得到缓解。针对风能利用的研究，已经取得了一定的成绩，例如，将风能应用在发电过程中。需要注意的是，虽然这样做既节约了资源，又保护了环境，却也面临着可靠性难以得到保证的问题，气温、气压等外界条件，均会给发电效率带来不同程度的影响，电气控制技术的提出，其初衷是对上述问题进行解决。
1.2电气控制技术
该技术的特征是通过组合多个元件的方式，达到控制某些对象的效果，从而提高运行状态下，设备的可靠性与安全性。现阶段，该技术被广泛应用于发电行业，所取得成效也有目共睹。在实际应用的过程中，以下内容需要引起重视：其一，风能的利用效率是对风力发电效率加以考量的主要指标，出于提高风能利用效率的考虑，叶片供应商所生产叶片的直径，普遍集中在60mm-100mm间；其二，风力发电系统的运行环境往往十分恶劣，对其进行现场控制的难度较高，所取得效果通常和预期存在差距，对远程监控设施加以应用是大势所趋[1]。
1.3风力发电机组
作为将风能转换为机械能、将机械能转换为电能所依托的主要装置，风力发电机组的构成，以发电机、风轮系统和控制系统为主，结合风力发电特征可知，对该机组加以应用的目标，应集中在以下方面：其一，保证机组安全，将风能向交流电进行转换，再送入相应的电网；其二，利用计算机技术，管理并控制机组状态和运行参数，高效处理潜在问题与故障，优化机组运行的状态；其三，优化机组功率，通过软切入和软切出的方式，将定桨距技术的优势进行充分发挥。
2风力发电中电气控制技术实际应用
20世纪70年代，浙江省就对国产风力发电机组进行了成功运行，随后山东省对风力发电机进行了引进，至此，风力发电机开始被广泛应用在发电的过程中，并发挥着越来越重要的作用。
2.1定桨距失速
风力发电所面临不足，主要是设备尚不完善，在建设发电系统的过程中，多数技术人员都将重心放在核心功能上，却忽略了辅助功能的作用，由此而引发的问题，除了发电效果受影响外，还包括电气控制难度增加等。对电气控制技术加以应用的出发点，便是解决上述问题。作为传统技术与新兴技术的结合，定桨距失速技术，为系统运行轨迹提供了有力保障，系统稳定性也有所提高。处于工作状态的发电系统的发电机组，通常为并网运行，只有具备良好稳定性的发电机组，才能发挥出应有的作用。该技术所依托构造的叶片相对复杂，这为控制机组功率目标的实现奠定了基础，但是，过于复杂的叶片，导致大量无用功被消耗，机组运行效率也会受到影响。由此可见，该技术仅适用于小风环境，要想使其应用领域得到扩展，应投入更多的精力和时间进行研究。
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2.2变桨距技术
风力发电机组的输出功率，往往会给能源利用率带来直接影响，发电效果也会受到制约。由此可见，对机组风速功率加以控制，具有重要的意义，对变桨距技术进行推广的目的，则是有效控制风速功率，通过改变桨叶角度的方式，为能源利用率提供保证。除此之外，不断发展的技术，为扇叶提供了更轻便的制造材料，随着重量的降低，扇叶所带来冲击荷载也有所减小，扇叶过重所引发问题，自然得到解决。但是，这样做也在无形中减弱了变桨距的稳定性，只有增加物力、人力的投入，才能将失稳带来的影响降到最低，如何确定二者的平衡点，现已成为技术人员研究的主要方向[2]。
2.3变速风力技术
可能给风力发电带来影响的因素，涉及人为和自然两方面。自然因素往往无法规避，多数情况下，工作人员都会将风力发电站建立在相对高度较高的地区，目的是使发电效果得到提高，由此而引发的问题，则是加剧了自然因素带来的影响，甚至导致设备损坏。相比较之下，人为因素的可控性更强，有关单位应选派专业人员负责电气控制工作，避免疏漏、违规等情况出现，给后续工作带来不必要的影响。变速风力技术正是在此背景下被提出并得到推广的，该技术所强调的重点是破坏恒速的运行轨迹，以风速为依据，对电机状态进行调整，使发电频率获得应有的保证。在不同的风速下，电机所呈现出运行状态，往往存在显著差异，例如，要想避免过大风速给电机质量、效率带来影响，工作人员应对风轮转速进行及时调整，为风能所带来能量提供保证。不断发展的技术，加深了人们对该技术的了解，用其对恒速发电技术进行替代是大势所趋。目前，由该技术衍生出的技术，包括永磁发电机、笼型异步电机等，这些技术的优势，主要体在以下方面：其一，对风能进行转化的效率较高；其二，良好的柔韧性；其三，对无功功率进行独立的调节与输出；其四，适用范围较广。这些优势均有利于机组质量和功率的提高。
2.4混合失速技术
风能是新型能源的代表，可再生的优势，使其成为发电的首选能源，但是，稳定性差、无法大量储存等不足的存在，又给风能的应用带来了制约，电气控制技术的提出，目的是对风力发电加以控制，使其积极作用得到充分发挥。近几年，多项技术陆续得到了推广，其中，需要引起重视的为混合失速技术。混合失速技术又称主动时速技术，兼具定桨距失速、变桨距技术的优势，这是因为该技术是以桨距角的变化为依据，控制风能、风速的实际捕获量[3]。当然，该技术也有不足存在，例如，严重失速导致功率输出被影响，从而增加控制效益的难度。
2.5电机变流装置
直驱式风力电机所采用控制技术的特征为变速恒频，这样做的好处是无需对无功补偿器加以利用，就可以捕获大量风能，发电机所输出电能的稳定性也能够得到提升。该技术所应用元件，主要有以下几个：其一，将出口交流向直流输出进行转换的交流器；其二，对直流加以控制的控制器；其三，以系统需求为依据，对并入电网的直流的输出功率进行调整，使电能质量得到提高的变流器。而变流装置所应用技术的侧重点，集中在三个方面，首先，以风力模型所具有不确定性为依据，对鲁棒控制技术加以应用，优化机组性能，其次，根据机组所面临情况，确定控制措施，使其尽快适应外部环境，最后，自诊断所选择控制策略的科学性，避免对冗余技术加以应用，赋予系统良好的可靠性。
结论：通过上文的分析能够看出，对风力发电而言，合理应用电气控制技术，不仅可以使风能向电能进行转化的效率得到提高，还对稳定性的提高具有积极作用，由此可见，对现有技术进行研究与优化很有必要，只有这样才能使其优势得到充分发挥。
参考文献：
[1]李轶男.试析风力发电设备的电气控制技术[J].中国战略新兴产业,2017(28):197.
[2]李武东.谈风力发电电气控制技术及应用实践[J].科技与创新,2017(18):147-148.
[3]丁江流.风力发电电气控制技术及应用实践探析[J].科技创业月刊,2016,29(22):142-143.
论文作者:郑丽欣,莫志豪
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
标签：技术论文; 风能论文; 风力发电论文; 机组论文; 电气控制论文; 风力论文; 风速论文; 《中国电业》2019年 23期论文;