摘要：随着经济的发展和社会进步,人们的生产生活对能源需求量越来越大,开发利用新能源势在必行。作为一种可再生能源,风能在国内有着广泛的分布范围,开发和利用难度不大。除此之外,利用风能进行发电不会对环境造成污染,其成本也比较稳定可控,应用前景十分广阔。目前国内针对风力发电已经进行了一定研究,风力发电的研究范围包括制造发电机、控制风机等。要想确保风力发电效果达到最佳,必须深入研究风力发电控制技术,包括控制风轮、变压器、发电机和风力发电系统无功补偿等。
关键词：风力发电；控制技术；措施
1风力发电机
风力发电是一种缓解能源危机的有效手段，以其独特的优势得到了世界各国广泛的关注和重视。传统风力发电机主要垄型异步发电机、有刷双馈异步发电机和同步发电机等等。其中，垄型异步发电机主要是借助电容器实现无功补偿，高于同步转速附近恒速运转，使用定桨距失速促使发电机运行。有刷双馈异步发电机在实际运用中可以有效降低功率变化器功率。同步发电机转速较低，轴向尺寸较小，更适合应用在启动力矩大的电机并网中。对风力发电机不断创新和完善，当前新型风力发电机中包括无刷双馈异步发电机、永磁无刷同步发电机和永磁同步发电机等等。其中，无刷双馈异步发电机自身优势较为突出，结构简单，裹在能力强，运行效率更高、更可靠，可以有效改善传统标准型双馈电机运行的缺陷和不足，同时兼并垄型异步发电机的优势。永磁同步发电机则是运用二极管代替电刷装置，将两者连接为一体基础上，采用外电枢结构。永磁同步发电机不需要加设励磁装置，可以有效降低励磁损耗，运行优势较为突出，值得广泛推广和应用。
2风力发电控制技术分析
2.1风轮控制技术
2.1.1叶尖速比控制
在风力作用下,风轮的风叶尖端的转动线速度就叫做叶尖速。而叶尖速比就是指叶尖速和该时间段风速的比值。叶尖速比控制方法就是通过对叶尖速比值进行有效控制,以此优化风机系统。考虑到风速不同,并在此基础上确定最佳叶尖速比,由于无法调节和控制自然风的速度、风力大小,因此,要想实现控制功能,必须对叶尖速进行调整和改变,包括对风轮转矩进行调整,以此调节风轮最外边缘的速度,从而优化叶尖速比。
2.1.2功率信号反馈控制
通过该方法来控制风轮的功率信号。在风轮运行过程中,其功率会随着条件的改变而改变,这是功率信号反馈控制方法的应用基础。通过分析功率关系进行最大功率曲线的绘制,在此基础上进行后续操作。在具体实践过程中,将最大功率和进行系统实际输出功率分析比较,获得二者差值,然后据此调整风轮桨矩,确保风轮运行功率达到最大。这一方法可以有效降低控制成本,但是值得注意的是,在风机日常运行过程中,最大功率曲线的获取是一项技术难题。
2.1.3爬山搜索控制
通过该方法对风机的功率点进行控制,其图像形似抛物线,最高处即为最大功率点。如果对当前工作点位置不能确定,可适当增加风轮转动速度,以此改变系统输出的直流功率,当系统输出的直流功率加大时,最高点在抛物线左侧,反之在右侧。利用该方法能够将最大功率点及时找出,在此基础上确定风轮转速。然而,如果风轮在转动时存在较大惯量,其转速很难改变,这是该方法的主要缺点。
2.2滑模变结构控制技术
风力发电机组是一种非线性的系统,在实际的运行过程中,有着复杂且多变的特性。当在实际运行的过程中,发生了风向变化、风力改变或是负载的情况时,风力发电机组的稳定运行就会受到影响。而滑模变结构控制技术就能够实现对这一问题的控制。对于滑模变结构控制来说,由于其性质为开关型控制,所以有着不连续控制的特性。在实际的使用中,通过对系统进行预设,就能够确保在满足预设条件的情况下,系统的滑模运动被限制在特定的空间内。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于其在实际的操作中较为简单、且反应的速度较快等优势,被广泛的应用于风力发电机组中。
2.3矢量控制技术
在风力发电机组中,使用矢量控制技术能够实现对风能跟踪的最大化,还能够实现有功功率以及无功功率的独立解耦调节,对于风力发电机组的运行来说,矢量控制技术的使用有着重要的意义。对于基于矢量控制技术的系统来说,由于其具有较强的适用能力以及抗干扰能力,所以能够在短时间内完成稳定性控制。现阶段,矢量控制技术更多的被应用于双馈型风力机组中,但是该技术的使用会对无功补偿量的大小进行限制。
2.4现代控制方法
现代控制方法有更多,比如鲁棒控制,它可以解决多变量问题,使误差减小,变得更准确。而变结构控制可以很快回应,步骤简化,能更好地实施。这就使得它普遍被使用的原因。还有模糊控制,是智能地控制,它不需要数学模型就可以排除干扰。解决了数学模型不容易得到的问题,这种控制方法也被学者注意起来。人工神经网络是利用工程技术去模仿人的脑神经元的特点和构成的一种系统,人们用人脑神经元建立各种各样的扩展结构和网络神经,从而建立一个生物网络神经的仿真版,为控制风力机在风速较低时的距离,可以采用网络神经的学习特点。
2.5人工神经网络控制
把生物与人类的学习、判断和适用等功能作为基础，从而进行研究的理论就是神经网络理论，其是一种比较重要的智能控制技术，有较强的自主适应性和组织性，可以准确的捕捉不确定的风力和变化严重的风力，在这种情况下也有良好的适应能力，使发电机组的发展更加智能。预测风速的准确性会受到特定风速、预测地点和预测时间的影响，面对这种情况，可以利用该技术合理预测风速，首先，确定风速的变量，可以利用时间序列模型来实现，在确定风量变速后，通过该技术进行有效的预测。如果是控制非线性系统，人工神经网络是最好的选择，在使用时不需要建立精准的数学模型，依据其本身的控制力以及适应力，使系统在电能质量转变，存在不稳定、不确定风向与风速时可以高效、安全的运行。
2.6模糊控制
模糊控制在智能控制法中是比较典型的，语言规则与模糊推理作为该方法的基础，是高级的控制方法，不会受到非线性因素的影响，有较强的鲁棒性。使用该方法控制发电机组，能提高风能利用率，对最大功率进行跟踪。该方法有着优越的特点，与仿人智能技术、神经元网络技术以及人工智能技术进行结合，推动控制机组的技术全面发展。在变桨距发电机组上使用该技术，可全面改善控制系统的动态特性，有效的控制叶尖速比、风力发电机转速和风轮桨距角，实现发电机组的恒定频率与恒功率输出。模糊控制也能有效控制抖振，使抖振减少，实现系统高质量的运行。
结论
如今,我国的风力发电产业在逐步提升,但是,仍然还有许许多多的问题等着被解决。一些风力发电企业,在不断探索创新的过程中,许多的不了,数据,代码等无法满足,这就要进口大量外国技术。不仅在风力发电机的控制系统方面,还是在制造方面,都要从外国购买很多的所需品。此外,一些重要的零部件,我国风力发电技术还达不到别的国家的程度,其规范性也达不到要求,我国的零部件的质量还不够好,寿命也不是很长。我们发展风电产业,就要引进外国先进的技术,汲取外国先进技术,融入到已有的基础之上,不断创新,使其更规范化,投入大量资金,建立健全相关政策。
参考文献
[1]刁帅.双馈式风力发电机运行原理及发电控制技术研究[J].中国高新技术企业，2016，（20）：139-140.
[2]郭海涛.风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2016，（4）：6.
[3]姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（1）：44-48.
[4]赵阳阳，杨秀敏，王森.风力发电系统机械变频控制技术[J].微电机，2017，50（9）：59-62.
论文作者:代琪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
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