摘要：风力发电技术作为现阶段一种新兴发电方式，不仅清洁效果好，同时成本价格非常低廉，在全球气候逐渐变暖的环境下，风力发电技术则受到高度重视。风力发电技术相对于化石能源来讲，具备成本低、污染少、可再生等一系列优势，因此，在社会和企业中得到广泛应用。本文就如何更好的提供电能对发电技术以及功率控制进行简要分析和探讨，并提出了功率控制的相关建议，以进一步提高我国风力发电技术水平。
关键词：风力发电技术；风力发电机组；功率控制；策略
随着现代化技术的不断创新和发展，风力发电机组也得到了进一步完善和优化，很多风力发电机组大多都采用了变速控制技术来提升获取能量的效率，但与此同时，也会使得风能转换体系受到外界因素的影响而遭到损坏。因此，提升发电技术和功率的控制，则是保持电能安全且稳定生产的重要保障。尤其风力发电作为现阶段较好的清洁能源，我国更应该重视对新型能源的研发工作，使风力发电逐步走向全世界。
一、风力发电技术概述及特点
1、风力发电技术概述
风力发电技术是一种将风能转换为电能的高新技术，而其中发电机组的作用显得至关重要。我国风能资源蕴藏丰富，因此加强对风能资源的开发已成为我国新型能源开发的重要环节，同时我国也制定出了在2020年风电的发展目标（8.0*1010）。随着我国科技的不断发展和进步，风力发展技术亦取得了很大突破，同时呈现长远发展趋势，如风电机组单机容量向大容量方向发展、风电场向海上风电方向发展、风力发电机组运行方式向变桨及变频恒频方向发展、风力发电向无齿轮箱直驱式方向发展等。
2、风力发电技术特点
（1）定速风力发电特点
风力发电技术主要借助双速感应发电机实现发电这一效果。在风力发电系统中，如在低风速状态时则使用功率较小的低速感应发电机，而在高风速状态下则使用功率较大的高速感应发电机，若实际风速大于原定限度，就要通过叶片失速来降低风能的使用系数，以保证功率的稳定性。发电系统中，风机是无法随着风速的变化而变化的，而风能使用系数也会存在一定的偏差，导致风能无法正常发电，因此，确保风机在低效状态下运转，更有利于风机稳定运行。
（2）变速风力发电特点
变速风力发电包括双馈感应风力发电、全功率变换器结合增速出轮箱风力发电、并网控制及变换器发电三大部分。其中对于双馈感应风力发电系统而言，主要是在有限范围内作业，这种工作范围与系统所设计的变换器有关，正常变换器的容量额定功率在20%-30%范围内，有一定的经济优势。如从风力发电角度讲，电网产生故障后，要及时对低电压快速穿越，但与此同时发电系统也会形成较大的电流峰值，这对系统运行会产生很大的负面影响。而全功率变换器结合增速齿轮箱风力发电系统主要是利用全攻速变电器达到变速效果，其发电机有多种选择性，如永磁发电机和同步发电机等，永磁发电机通过借助齿轮箱就能与风机相互连接，而同步发电机则采用变换器和电网相互连接，这种发电技术具有较好的可操作性。对于并网控制及变换器而言，其变换器需要在风速变换的基础上，将风机实际产生的风速交流电转换成与电网相同即可，以便于获取最大限度的风能使用效果。
二、风力发电机组的控制目标及控制思路
1、控制目标
（1）提高可靠性
风力发电机组是一个复杂且规模庞大的发电系统，由多种构件组成，主要包括风力机、齿轮箱、电力电子转化器、发电机等，而对风力发电机组进行功率控制的目的则是确保其安全、高效且稳定运行。据调查研究表明，风力发电机组电气与机械在运行过程中，需要充分考虑这两部分的极限运行状态，以避免机组超负荷而出现共振现象，进而保证发电机组运行的可靠性。
（2）提高运行效率
风力发电机组的作业特点是将自然界中的风能转换为电能，而风能利用效率的高低将直接关系到发电机组的发电效率，因此，在对风力发电机进行控制时，应先对风能深入研究，使其能够最大限度的进行电能转换。
（3）降低成本
一项技术或设备要想在不同领域中得到广泛应用，其技术的先进性与成本的优势非常关键。因此，要想使得风力发电技术更好的应用于各领域中，就必须要充分考虑发电机组的结构性能，在不断完善技术的同时，也要不断优化其系统结构，并使成本降到最低。
2、控制思路
当风力发电机组在风速较低状态下运行时，通过对风力机的气动特性曲线进行观察，就可以知道机组转速应达到的控制范围，使其能够时刻跟随风速的变化而变化，有利于发电机组在最佳状态下运行，以确保风速即使在瞬时间发生变化，而机组仍然可以以最大限度的功率系数继续运行，进而提高捕获风能的效率。当风力发电机组在风速逐渐增大状态下运行时，其转速的速度也会随之增加，达到一定转速后，需要在机组上装置转速环，控制机组以额定转速恒定运行，以避免发电机组发生飞车现象。实践证明，风速大于机组额定转速时，机组的输出功率将会大于额定功率，导致发电机组出现异常，因此，为了促使发电机组安全运行，一定要对功率进行有效控制。此外，还应对发电机组的其它结构实施控制手段，采取相应的控制策略来确保风力发电机组高效生产电能。
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三、风力发电技术发展方向
1、变速运行
风力发电技术的变速运行最大特点就是可根据实际风能需求调节风力机的转速，使其保持最佳状态，并适用于各类场合，同时减少机械应力。另外可通过变桨距的方式能够在风速过快时保证风机的使用寿命，虽然此方式具有一定的控制难度及故障风险，但仍是一种相对稳定的风力发电方式，具有一定的实用性。
2、无齿轮箱
相对于传统的有齿轮箱发电系统而言，无齿轮箱发电机更具优势，它不仅可以减少工作中所出现的难度，同时能够进一步提高工作效率。在无齿轮箱系统中，发电机轴与叶轮轴相互作用，它们有着非常紧密的联系，风速会对转子的转速产生影响，也就是影响输出交流电的频率，因此，这种技术具备系统效率高的优势。该技术不仅性能高，价格也比较低，所以能够在未来风力发电技术中得到更好的应用和发展。
3、结构优化
近年来，风力发电机组已经在各领域中得到广泛应用，其技术也得到了明显改善和提升，但就现代化技术水平的要求来看，还需要更加完善才能达到理想效果。如目前的发电机组普遍使用周期性较短，无法满足长期生产电能的要求，所以对系统结构进行优化非常重要。在系统优化后，其元件和材料就会得到质量上的提升，大大减少后期维护所需的成本，既保证控制装置的有效性，又对生产效率提供保障。
4、海上发电
海上发电与陆地发电的基本原理大致相同，但海上发电更具优势。第一，海上发电不需要占据土地资源，在一定程度上减少了资源的消耗和浪费；第二，海上发电所产生的风能效果特别好，它能够以最大化利用风力生产电能，实现节约成本这一目标，因此，很多国家都非常重视海上发电的开展计划，我国也处于海上发电的中级阶段。
四、风力发电功率有效控制策略
1、调节桨距
由上述文字可知，风力发电机组对实现风力发电有着决定性作用，而严格控制风力发电技术的功率非常关键。在风力发电机中，对桨距进行控制主要分为变桨距控制和定桨距控制。其中，变桨距通过调节桨距角可以有效控制被动失速的许多漏洞，相对于定桨距的比较之下，变桨距更具灵活性。传统的定桨距发电机是以固定形式存在，桨叶不会随着风速的变化而变化，面临着风速高于额定风速时难以控制功率
以及风力发电机紧急关闭时功能失效两种问题。因此，变桨距也就成为了现阶段研究工作中的重点，伴随硬件设备与控制基础理论的较好发展，变桨距发电技术也得到了广泛关注，由于它不是以固定状态连接，叶片可以在不同的风速中进行调节，以最佳状态保障输出功率，即使发电机需要紧急停机，也能保证发电机的安全，具有相对稳定的功效。
2、优化偏航控制系统
偏航控制系统又被称为对风装置，是风力发电机组中的重要组成部分。由于偏航控制系统的结构非常复杂，主要由轴承、制动器、驱动设备、液压回路等部分构成，因此为了确保风轮保持最佳的迎风状态，并与风力发电机组的控制设备有机配合，对偏航控制系统进行优化十分重要。偏航控制系统的工作原理是根据风向变化而变化，当风向变化时，风轮旋转的方向就会通过齿轮传动系统使风轮偏转，而风轮在重新对准风向后，舵轮就会停止转动，这就是对风的一个过程。偏航控制系统主要分为主动迎风和被动迎风两种系统，其中，主动迎风系统主要应用于大型发电系统中，对处在下风向的风向标所给出的信号进行主动控制；而被动迎风系统主要应用于小型发电系统中，在风向发生改变后，由尾舵进行控制，此时系统则处于被动对风状态。但由于大自然中的风向是很难掌控的，因此需要进一步完善偏航控制系统的结构，以提高整体工作效率。
3、加强对发电机的控制
在实际运行中，发电机要想满足多种风速所需的条件，需要对伴随风速变化的设备做出相应的调整，以确保风力发电机在实际运行中一直处于最佳状态，进而提高风能的使用率。此外，也可以对转子绕组电流的参数进行控制，不仅要维持固定的定子输出电压，同时要对功率进行适当调节，以进一步加强对发电机的控制，从而为系统能够长期稳定运行提供保障。
结束语：
综上所述，据调查研究表明可以看出，风能作为最重要的清洁能源，已经受到了社会和企业的高度重视。在科学技术不断发展的推动下，风力发电技术以及功率控制技术也在不断的得到突破，并朝着智能化与自动化方向发展。同时。为了确保风力发电机组在运行中达到安全、稳定、可靠且经济等效果，也要对发电机组采取有效的控制方案，以提高机组输出功率的合理性。
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作者简介：刘文龙（1988-9），男，山东德州市人，民族:汉 职称：助理工程师 学历：本科。
论文作者:刘文龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/13
标签：风力发电论文; 风速论文; 功率论文; 技术论文; 风能论文; 机组论文; 变换器论文; 《电力设备》2017年第29期论文;