摘要：能源问题是当前国际性问题，随着社会发展节奏的加快，对于能源的消耗速度也急剧提高，导致当前能源形势异常紧张。因此，当前可再生新能源的开发和利用是当前人们关注的重点。我国有丰富的风能资源，通过对其开发和利用能够有效缓解能源紧张的局面，通过使用风力发电技术，不仅有效提高了我国电能供应的稳定性，同时还对于缓解能源需求提供了巨大的帮助，通过对风力发电技术的探究能够促进我国风能开发利用技术的创新发展，加快我国新能源开发速度。
关键词：新能源；风力发电；技术；设备
随着不可再生资源储量的逐渐减少，各国都开始致力于新能源的开发和利用，以此改变自身的能源结构，提高应对能源危机的能力。新能源是相对于传统不可再生能源而言，不仅具备可持续开发利用的特点，同时对于环境污染小，甚至无污染，能够有效代替传统能源。通过对风能的利用能够进行风力发电，为我国能源产业结构的优化提供助力。在我国风力发电中，应用了众多先进的技术将风能转化为电能，例如，功率调节技术、风力发电机技术等，通过这些技术的研究和优化，能够进一步促进我国风力发电产业的发展，提高风能利用率。
一、风力发电的原理及设备组成
（一）风力发电的原理
风力发电的基本原理就是通过技术和设备，进行能量的转换。但是在具体的实际应用中，涉及众多复杂的技术和设备。首先，风能本身是自然界存在的动能，但是具有随机性和不稳定性，通过风力发电机组能够捕获自然界的风能，然后将其变成风力发电机组自身的机械能，在利用机械能带动发电机工作，实现电能的生产[1]。就目前我国的风力发电技术形式现状来看，风力发电设备能够利用风速三米每秒的微风进行发电，在世界风力发电领域属于先进水平。由于风力发电将自然风能转化为电能，不需要消耗原材料，不会产生环境污染，因此在世界能源占有非常重要的地位。
（二）风力发电设备的组成
风力发电需要不同装置的配合，主要为风轮、发电机和铁塔。不同部位在风力发电过程中发挥着不同的功能。风轮是风能捕获的主要装置，通过巨大的叶片能够将自然风的动能变成旋转的机械能。所以我们常见的风轮都是类似于风车的形状。为了更好的实现能量的转化，提供转化的效率，风轮的材质必须要轻，旋转时摩擦力要小。同时为了抵抗强大风力的作用，需要具备一定的强度和刚度[2]。除此之外，风轮的性状也决定了其工作的性能，符合力学特征的外形也是风轮研发制作的关键内容。目前风力发电机组的风轮制作的主要材质为符合材料，如碳纤维等，使其能够发挥出更好的能量转化效果。
其次，就是铁塔，铁塔是支撑风轮的结构。由于风力受到地面障碍物的影响，其能量会一定程度降低，因此铁塔通常会修建较高的高度，使风轮能够受到更强的风力推动。铁塔的修建高度通常与风轮的直径相关，需要支持风轮正常工作，常规高度一般在六米到二十米之间[3]。最后，作为核心部位的发电机是进行电能生产的杆件设备，发电机工作的原理就是将风力转化的机械能进行二次转化，利用机械能带动风力发电机旋转，产生电能。在转化过程中，由于风轮转速受风力影响，旋转速度无法满足发电要求，所以需要通过升速装置提高转速，使其进行均匀的旋转，推动发电机产生相对稳定的电流。发电机是风力发电机组中科技含量最高的部分，涉及到众多电气设备和机电原理，是风力发电的核心，也是研究的重点。
二、风力发电机功率调节技术
风力发电机功率调节是风力发电系统的关键控制技术。由于自然界中的风速具有随机性和不稳定性，因此，风力过大就会导致风速超过发电机组定额，由于风力发电机组各个部件的强度和容量有限，如果不进行调节就会对发电机组的设备和构件造成损坏[4]。此时就需要减少风能的捕获。其调节技术可分为定桨距失速控制、变桨距控制和主动失速控制等。
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（一）定桨距失速控制
此种发电机功率调节技术是利用固定螺距风轮叶片与轮毂连接，具有非常可靠的应用效果，而且结构简单。缺点是叶片顶角不能根据风速变化进行调整。所以在工作中，叶片完全依赖空气动力学原理工作，其风力涡轮机的输出功率随风速变化而改变。这种功率调节控制模式下，对于标准风速和低风速小的风能利用率不高，性能较低。
（二）变桨距调节控制
变桨距调节技术中，桨距是可以根据风力情况进行变化的，可以风能利用率，将其捕获转化为机械能。通过对桨距的变化调节，能够实现风轮的稳定旋转，确保风力发电机稳定输出电能[5]。这种技术使用过程中，需要在风力发电机组中增加桨距控制系统，根据风力情况来进行自动调节，实现发电机功率调节的目的。
（三）主动失速调节控制
这种方式结构相对简单，可以根据风速的变化情况来对风轮叶片速度进行调节，相对于变桨距调节来说，在风速低于标准风速的情况下，其调节精准度较差，当风速高于标准风速后，调节性能较好。失速调节系统通过增加风轮叶片的攻角，使叶片失速，达到限制风轮吸收风能的效果，其原理与定桨距失速调节原理相似。
三、笼型感应发电机原理
笼型感应风力发电机组是当前应用较为广泛的风力发电机组，其系统主要由风轮机、齿轮箱等组成，其核心为笼型感应发电机。在风力发电机组运行过程中，由于风力随机且没有规律，为了能够有效利用风能，在风力小于标准风速时就需要通过调整桨距来获得更高的风能捕获效率。当风能过大时，就需要对发电机的转转矩进行控制，可以分为直接转矩控制、转速控制和功率的转矩控制三种[6]。除此之外，笼型感应风力发电机组可以分为机侧变换器控制和网侧变换器控制，机侧主要是针对风力发电机进行控制，而网侧控制的对象则是之流电压，通过对电压控制使其保持恒定，实现风力发电的各个阶段稳定运行。
四、风能发电接入对系统的影响
风力资源作为可再生的清洁能源，在我国政策支持和大力发展之下取得了非常不错的成果。随着风力发电技术的成熟和大规模使用，给我国电力生产带来帮助同时也存在着一些技术问题和影响。从上文我们知道自然界的风是没有规律可言的，如果直接利用就会导致出现电流不稳的情况，直接连入电网会导致电网受损，这是当前风力发电的一大难题和挑战。不仅如此，风力发电对于自然环境的依赖较高，因此风力发电厂通常建设在偏远开阔的地区，不仅建造成本提高，在电能的传输上也存在一定的问题，对其应用和发展造成一定的影响。
结束语
综上所述，风能作为新能源的一种，开发利用需要先进的技术和设备支持，才能够使其成为稳定的能源。当前我国风力发电技术相对成熟，但是在实际的应用中仍然存在一定的问题和技术难点，导致风力发电效率不高。通过对风力发电相关技术的分析和研究，能够针对当前技术难点提供发展和创新思路，为新能源产业的发展提供帮助，进一步优化风力发电设备，改良风力发电技术。
参考文献：
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[2]刘飞,陶昕,张祥成,etal.基于电网消纳能力的新能源发展策略研究[J].电气技术,2019(6):50-55.
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[5]程友良,薛占璞,渠江曼,etal.考虑能源利用率的风力发电技术结构改进研究[J].科技通报,2018(5).
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论文作者:王阳
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/8