摘要：电能在我国经济发展过程中的作用显著，保证电能的供应对于我国经济的持续进步帮助巨大。从现阶段的具体分析来看，我国为了保证电能的供应，实现了多渠道发电，风力发电便是其中的一种。就风力发电的具体情况来看，其已经走上的规模化的道路，一个方面是各项技术在不断的成熟，另一方面是我国的风能蕴藏量巨大，而且风力发电的生态和环境意义显著。简言之，风力发电在现阶段具有较强的价值性，所以对风力发电系统进行研究和分析的加深现实意义显著。基于此，本文就风力发电系统机械变频控制技术做分析讨论，旨在为风力发电的具体技术利用提供参考。
关键词：风力发电系统；机械变频；控制技术
风力发电是我国目前重要的电能生产方式之一，积极的进行风力发电的发展和壮大，对其的质量进行提升不仅可以提高省电产业的继续发展，还可以提升电能生产的质量。从目前的具体分析来看，风力发电的提升和加强需要从机械变频控制技术的具体利用进行着手，因为通过机械变频控制技术的利用，风力发电的稳定性会明显的提升，这对于电能质量的提高意义显著。所以系统性的讨论风力发电系统的机械变频控制技术现实意义显著。
一、风电系统机械变频模型
就目前的具体分析来看，在风电系统当中所使用的机械变频控制主要利用的是纯电子式无级变速器，这种变速器又称之为金属带式无级变速器。此种变速器的箱体主要使用铝合金进行铸造，不仅保证了其机械强度，而且使其具有了较高的功率密度。从具体的使用分析来看，金属带式无级变速器在使用的过程中会用到椎盘电机、减速齿轮、螺杆螺母以及蝶形弹簧，这些部件的使用对原来的液压系统进行替代可以有效的提升系统的效率。对金属带式无级变速器做结构探讨，发现其由四部分组成，分别是主动轴、从动轴、碟簧和传动金属。
金属带式无级变速器在具体的工作运行中，当系统处于稳定的传动状态时，主动动椎盘，主动定椎盘、金属带以及碟簧、从动定椎盘和从动动椎盘会达到力学上的平衡。从具体的发现来看，整个系统的力学平衡性都和椎盘电机具有相关性，所以要实现对风力发电机的频率控制，只需要调节椎盘电机即可。
二、控制系统理论分析
要对风力发电系统的机械变频进行综合的控制，需要对具体操作当中的控制理论做清楚的认识，这样，在操作实践中，控制的效果会有明显的提升，不利的因素也会第一时间进行预防。
（一）速比模型
从现阶段的具体分析来看，在控制系统当中，利用的一项重要模型是速比模型。之所以要利用速比模型主要是因为根据主、从动带轮的节圆半径可以对金属带式无级变速器的传动速比进行确定。当从动轮达到最小节园半径的时候，主动轮会有最大节圆半径，此时，金属带式无级变速器的速比会达到最小的状态，当从动轮有最大节圆半径的时候，主动轮便具有了最小节圆半径，此时，金属带式无级变速器的速比会达到最大的状态。根据变速箱的主体结构将需要获得的金属带式无级变速器的输出轴以及输入轴的转速和系统传动比进行确定，最终获得的结果便是实际传动比。利用速比模型对风力发电机械变频做具体控制，控制的效果会明显的加强。
（二）数学模型
数学模型是风力发电系统中进行机械频率控制的另一种显著模型，就具体的分析来看，风力发电系统需要将离合器的位置控制在速比范围之内，所以当风速在速比范围之内的时候，需要对离合器进行接合，当风速在速比范围之外的时候，离合器要处于分开的状态。为了更好的进行控制，对锥盘的相互位置进行控制从而实现速比输出的掌握，这样，利用椎盘电机的控制便可以实现对风力发电机恒定频率的电能输出。从具体的分析来看，椎盘电机始终处于动态运行的状态，其从最大传动比向最小传动比进行调速需要经历一段时间。在这个时间段内，主动轴的动椎盘和从动轴的动椎盘会从禁止的状态开始加速，直至其运用到正确的位置。
综上，无论是速比模型还是数学模型，其都属于风力发电系统机械变频的基本理论。科学的运用理论，发挥其优势和价值可以将风力发电机械变频技术的利用实现做进一步的提升。
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三、控制系统设计
在风力发电系统当中要实现对机械变频控制的加强需要对控制系统做具体的设计，而就目前的研究来看，系统设计工作需要从硬件和软件两方面进行，以下便是具体的分析。
（一）硬件设计
从硬件系统分析来看，风力发电机的金属带式无级变速器系统主要由五个基本的组成部分，其分别是叶片、增速齿轮、风力发电机、升压变压器和无级变速器。从其具体的运行来看，当风能经过叶片的时候其会转变为不具备稳定性的发电机转速，通过增速齿轮想将不稳定的转速进行提升，然后将其输入到金属带式无级变速器当中使其转变为恒定的转速，之后再使用风力发电机进行50Hz交流电生产，最后，经过升压变压器将产生的交流电并入到电网当中。利用椎盘电机控制系统，通过系统当中的设备作用，可以有效的提升控制的效率，而对椎盘电机的正反转进行调速，速比控制便可以有效的实现。简言之，通过硬件的设计实现控制的智能性提升，将控制的效率进行加强，这样，硬件设备的利用价值明显提高。
（二）软件设计
风力发电系统机械变频控制仅利用硬件的设计很难实现预期的目标，所以需要在硬件设计的基础上对软件也进行设计强化，这样，有了软硬件的共同的配合，控制质量会有更进一步的提升。从具体的分析来看，当控制系统的初始化工作完成后，对转速传感器进行输入使其能够迅速的收集输入转速信号，与此同时，锥盘位置的传感器对锥盘未知的信号也进行采集，此时，系统会对即时输出的转速进行计算，并将其和目标准转速进行对比分析，当即时转速与目标转速的差值大于规定标准的时候，锥盘的电机处于正转的状态，当差值小于规定标准的时候，椎盘电机停止工作。简言之，软件设计是变频控制必须要重视的内容，只有这方面的设计工作到位，具体的控制才会更加的精准。
四、实验研究
为了对具体设计的系统进行实践效果的分析，还需要利用实践分析法做具体的探讨。在实验中，金属带式无级变速器输入轴、输出轴转速、锥盘位置传感器信号等都需要做具体的测定。从实验的数据获取来看，锥盘位置传感器最大电压信号为4.39V的时候，其最小电压信号为0.63V。对电机的转速进行控制，使其实现对实际风速的模拟，测量机械无级变速器输出的频率发现其是50Hz，对比误差，其小于1%，所以其能够实现风力发电及的恒频输出。对金属带式无级变速器风力发电机系统电压输入值和速比值进行测量和计算，并使用最小的二乘法进行数据的拟合，最后发现二者的表现近似线性关系。
结束语
综合而言，风力发电虽然利用的能源蕴藏量较为巨大且其使用具有较强的环境效益，但是风力的不稳定性会为电能的生产来带诸多困扰。基于此，需要积极的进行风力发电系统机械变频控制的加强，因为这样可以提升风能变化为电能的恒频性，电能不稳定以及质量较低的情况可以得到有效的改善。简言之，风力发电系统机械频率控制是风力发电过程中需要重点解决的难题，做好相应的理论分析，并对具体的设计做详细的探讨，之后再利用实验做效果分析和测试能够为其提供有效参考。
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论文作者:刘闪闪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/22
标签：风力发电论文; 速比论文; 变速器论文; 系统论文; 机械论文; 转速论文; 电能论文; 《基层建设》2018年第6期论文;