摘要：随着科学技术的发展，风力发电机已经成为了电力能源的主要来源生产的方式之一，为了满足人们日益增长的电力资源的需求，需要对现有的风力发电机组进行更新与优化，提升其在运行时的稳定性与可靠性，尽可能的减少相关影响因素。在对发电机组进行电气控制时，需要依据风力发电的原理，对相关的各方面进行有效、综合性的研究，进而对整个电力发电机组的运行过程进行有效的控制，减少相关问题的产生。
关键词：风力发电；电气控制；技术应用
风能源是一种新型能源，将其利用到发电过程中，能够达到节约不可再生资源的目的，是资源节约与环境保护的主要体现，但需要注意的是，受气温、气压以及环境等各方面因素的影响，风力发电的可靠性相对较差，对此，将电气控制技术应用其中能够达到解决这一问题的目的，对发电可靠性的提高十分有利。
一、风力发电机组电气控制系统的结构
风力发电机组的电气控制系统中主要包括了主控制器、电量的采集系统、无功补偿系统、软并网系统、偏航与自动解缆系统等等，同时还设置了多种输出、输入的信号与开关量接口等等。风电机组电气控制系统只有利用风速信号才能促使其进行自动化的启动，同时还要根据其在实际生产过程中的具体情况，遵循相关设备的功率等相关的参数，对风电机组的转速及功率进行自动化的控制与调整。想要提升风电机组的运行效果，就需要按照整个风电机组的功率来自动化的设置相关的补偿电容。一旦在生产过程中发生发电机脱网的现象，电气控制系统就能够使自动化的对其采取相关的处理措施，进而使其能够具备较高的安全性，以及来有效的减小外界对发电机的干扰状况，最终提升风电机组在运行时的稳定性。除此之外，电气控制系统在风电机组中的正常应用，是通过对电网、风力的状况及机组运行的中状态数据进行检测与对比分析而得来的运行的状况及相关产生的问题，并针对这些问题而产生的有针对性的解决手段。同时还可以根据相应的数据及结果，制作成相关的表格或者是图像，以此来对风电机组在运行过程中的指标进行有效的分析，对相关的方案进行优化与调整。
二、现代控制技术在风力发电技术中的应用
1、LPV增益调度控制技术
增益调度控制是一种广泛应用于非线性时变系统的控制方法，其主要目的就是将常规线性控制设计方法扩展到非线性和时变系统，本质上仍属于线性系统的控制器设计方法。近年来，增益调度控制方法开始逐渐流行，尤其是将增益调度方法与线性参数变化（LPV）模型相结合，大大简化了增益调度控制器的设计，已在实际工程中得到了成功地应用。
风力发电机组是一个非线性的复杂系统，但通过转化可以得到风速或转速等参变量的LPV模型，再结合控制理论，可以设计出具有抑制扰动能力强，鲁棒性高的LPV控制器。但是，基于LPV的增益调度控制仍然需要建立被控对象的数学模型，对模型的准确性有较强的依赖性。
2、滑模变结构控制技术
从本质上讲，滑模变结构控制是一种不连续的开关型控制技术，它需要快速、频繁地切换系统的控制状态。此类控制系统具有响应快、对控制对象参数不敏感、设计简单易于实现等特点，在电力系统、电机驱动、功率变换等领域都有一些研究和应用实例。但滑模变结构控制技术在风力发电系统的应用尚处于起步阶段，国内的研究更少，有待进一步深入探讨。
滑模变结构控制技术的缺点是存在切换抖动问题，会对系统的机械结构产生冲击，严重时甚至会引起系统共振，影响设备的使用寿命。虽然有一些学者提出了一些解决方案，但距离工程应用还有一定的距离。
3、模糊逻辑控制技术
模糊控制技术实质上是一种非线性控制，属于智能控制的范畴，是目前研究较多、相对较为成熟的一种智能控制技术。模糊控制不需要建立数学模型，根据实际系统的输入输出结果，参考现场操作人员的运行经验，就可对控制器进行设计。模糊控制器具有鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响较小等优点，尤其适合于非线性、时变及纯滞后等复杂系统的控制。因此，模糊控制技术在风力发电系统的应用研究相对较多。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4、神经网络控制技术
神经网络控制技术是采用人工神经元网络作为控制器，具有自学习、自适应和自组织等能力，可以任意逼近线性或非线性系统，实现几乎所有的常规非线性与不确定系统的控制，具有较强的鲁棒性与容错性。但是，神经网络通常由多层和多个神经元单元组成，结构复杂，权值训练时间长，不利于实时控制。因此它在风力发电技术领域的应用中，还主要集中在风速或功率预测、模型辨识等对实时性要求不高的几个方面，而用于机组实时控制的则相对较少。
三、风力发电电气控制技术的应用与发展策略
1、变速风力发电技术
通常情况下，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。在这一技术的基础上，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。
2、变桨距风力发电技术
变桨距风力发电技术的原理在于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。但该技术同样具有缺陷，主要体现在对成本要求高这一方面。从长远的角度看，在未来，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。
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，该技术能够达到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、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，并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了继承，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。总的来说，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，其很容易造成更加严重的失速，最终使得功率脱离控制，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未来风力发电领域必须研究的主要内容。
结语
尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展，但同时也暴露出众多的问题。在一些具有自主研发能力的风电企业中，其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面，风机控制系统、逆变系统需要大量进口，同时，一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外同类产品相比其质量、寿命及可靠性尚有很大差距。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。因此，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；必须加大电网建设力度，合理规范风电开发；必须加大政策扶持力度，建立健全完善统一的风电标准规范体系。
参考文献
[1]王宏华.风力发电技术系列讲座（3）风力发电控制技术的发展现状[J].机械制造与自动化，2010，03：192-195.
[2]张蔷，王广梅.关于风力发电技术与功率控制策略的探究[J].电子技术与软件工程，2014，03：174.
[3]程启明，程尹曼，王映斐，汪明媚.风力发电系统技术的发展综述[J].自动化仪表，2012，01：1-8.
论文作者:杨芳磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：技术论文; 风力发电论文; 系统论文; 机组论文; 风电论文; 功率论文; 风速论文; 《电力设备》2017年第25期论文;