关于风力发电机及风力发电控制技术分析

1、    关于风力发电机及风力发电控制技术分析    郎泽萌摘 要： 能源和环境是21世纪人类面临的重大问题，面对有限的、不断减少的自然资源，全球都在高度关注再生资源，并致力于研究相关技术。我国的地理特点决定了风能具有很大的开发潜力。文章分析了常用的风力发电控制技术，希望能够为风力发电机的相关研究提供技术支持。关键词： 风力发电机;发电控制;技术在经济、科技、建筑、交通高速发展的新时期下，社会需要的能源也越来越多，但大自然中的能源是有限的，因此可再生资源就显得尤其宝贵。风能是一种常见的、应用领域非常广泛的再生能源，而且开发起来相对容易，成本低、污染小、应用

2、前景十分乐观。1 风力发电控制技术的发展现状控制技术对于风力发电机的重要性主要体现在以下几方面：（1）风力发电机所获得的风能是随机的、无法控制的。风速、风向、风力的大小会随着客观自然条件的变化而改变，本身并不具有控制性，要想得到控制，就需要通过技术手段来实现。（2）风力发电机的风轮惯性很大，风轮叶片直径在特定的范围内可以有效利用风能。（3）风力发电所需要的并网、脱网都会用到控制技术。现阶段，很多技术都可以应用到风力发电领域，风力发电的控制技术也越来越先进，控制方向越来越多元化。定桨距型风力机只通过连接桨叶、轮毂并不能发生改变，在风速高于额定风速的情况下，通过失速原理可以限制发电机的功率。所谓失

3、速原理，指的是气流达到一定程度的攻角后就会产生涡流。当外界因素让输出功率发生改变时，桨叶的被动失速调节就不会由任何控制，风力发电机组系统就会更加简化。然而，风轮的叶片重量很大，一些部件受力大，所以发电机组的工作效率较低，一些重要部件也很容易损坏。2 风力发电控制技术浅析（1）电力电子变换器控制技术。该技术的应用范围较广，在大型的风力发电系统中能够得到很好的应用。风能有着较高的能量转换率，转换后的传输效率同样很高，还能够进一步完善无功功率，安全性高。电力电子变换器的功率范围较大，运行功率较高，但成本并不高。在風电系统中加入pwm整流器，就可以有效控制最大功率，通过矢量控制的方式能够弥补整流器无功

4、功率、有功功率的缺陷，让无功功率也能够符合整流器运行要求。pwm整流器可以实现有功功率最大化的输出量，只要按要求设置直流环节，调节风电系统的无功功率、有功功率便可。（2）风轮控制技术。通过功率信号反馈进行控制。风轮在运行状态下，功率和实际风力条件的变化一致，分析功率关系，绘制最大功率的曲线图，就可以通过功率信号来控制风轮运行。实际操作过程中，还要比较最大功率和系统的客观输出功率，获得二者的差值，然后再调整风轮的桨距，最大限度的提高风轮的运行效率。这种控制技术的成本较低，但缺点是很难在风机运行的状态下获得最大功率的曲线。叶尖速比的管控。在风力的影响下，风轮中的风叶尖端在转动时会产生线速度，即叶尖

5、速。叶尖速比用来表示叶尖速以及时间范围内的风速比值。控制叶尖速比值就能很好的控制叶尖速比，继而控制风机运行。由于风速不一致，因此很难明确最理想的叶尖速比，所以要适度改变叶尖速，调节好风轮的转矩，以更好的调整风轮外边缘速度，以优化叶尖速比。（3）h鲁棒控制技术。h鲁棒控制技术是以hardy空间作为理论依据的，通过个别性能指标来优化无穷范数，从而得到具有鲁棒功能的控制器。h鲁棒控制可以有效从护理多变量，基于严谨、精确的数学基础来解决建模初期产生的误差。在风能激励的情况下，h的相应范数最小，控制系统的输出非常稳定，对风力发电机组而言，h鲁棒控制技术十分重要，如果风向和风速并不稳定，而且频繁改变，就可

6、通过h鲁棒控制原理来控制变速恒频的风力发电系统，实现系统对风能的快速跟踪，以最大限度的提高风能利用效率和捕获风能的效率。（4）模糊控制技术。这是一种最具有代表性的智能控制技术，其技术理论为模糊推理及语言规则，属于高级控制技术，该技术不会受到非线性因素的影响，具有很强的鲁棒性。通过模糊控制风力发电机组，能够显著提高风能的利用率，还能实现最大功率的追踪，而且还具有变速恒频优势。正是因为模糊控制技术的优点十分突出，所以在该技术不断发展的过程中，融入了人工智能、仿人智能、神经元网络等各种技术，对于风力发电机组控制技术的智能化发展具有重要意义。在变桨距并网型风力发电机组中运用该技术，可以全面改善控制系统

7、的动态性，有效控制踢叶尖速比、风力机的转速和风轮桨距角，保证风力发电机组能够输出恒定频率、恒功率。与pid控制器相比，模糊控制技术能够更好的减轻个抖振问题，提高发电机组的运行效率和质量。3 风力发电控制技术的发展前景再生能源的开发、利用是全球范围内都在关注的问题，社会经济越发达，对能源的需求量就越大，因此风力发电技术受到普遍关注。（1）海上风电场技术。与内陆地区相比，海上的风力资源更加丰富，而且主导的风向更具有稳定性，周围环境对风电技术产生的影响比较小，十分有利于海上风电场的发展。然而，有些技术上的难题仍然是不可避免的，比如风电系统保护技术、海上风电场协调控制技术、海上风电场运输技术，如果上述

8、技术问题能够一一得到解决，风力发电技术的稳定性就能大幅度提高。（2）最大风能的捕获技术。发电转速能否达到最好的控制效果是研究风力发电系统的关键，为了保证风电系统的稳定与可靠，需要不断的调控并网开关闭合。捕获最大风能需要不断的调节发电机的扭转功率和桨距，只有这样才能让那个风力发电技术迅速发展。（3）大容量的风电系统。为了满足社会日益增加的能源需求量，兆瓦级的大容量机组成为主要的发展趋势，可以最大限度的提高发电设备的利用效率，避免资源浪费，尽可能地给风电产业带来经济效益。然而，大容量机组在技术上实现起来非常困难，增加容量意味着要进一步改进风力发电设备、控制技术和各种材料，提高了工作难度。目前来讲，直驱式的永磁风力发电机以及多极永磁发电机是主要的参考对象，更是设计大容量机组的技术指导依据。4 结语21世纪，风力发电产业还是具有非常乐观的发展前景的，尽管仍然存在许多问题需要解决。风力发电企业除了不断研发风力发电控制技术之外，还要引进先进的机械设备，在零部件的研发方面，我国与发达国家还有很大差距，所以，应该从技术、设备两方面着手，不断汲取先进的经验，在此基础上实现自我创新，以推动风力发电技术的长足进步。参考文献：1郑育松.风力发电系统机械变频控制技