风力发电的调频技术研究综述

风力发电的调频技术研究综述摘要：风力发电技术是新时期一种全新的能源技术，实际应用中体现出多重优势，目前的电网系统中，风力发电已经成为一种广泛应用的新型系统，促进了电网系统的进一步发展。但是对于目前的电网系统，在实际应用中依然存在一些问题，风力发电系统不够完善，从而影响到风力发电系统的使用。其次影响目前的电网系统的还有自然因素，基于人们对自然环境的掠夺，目前的气候变化比较大，也非常不利于目前的电网系统的发展。所以，对于风力发电系统这样的现状，相关技术人员需要对电力系统进行进一步的更新发展，创新改善目前的电力系统，促进电网系统的发展。目前，风力发电技术已经成为一种高度发展的现代技术，具备一定的竞争力，体现出广阔的发展前景。关键词：风力发电；调频技术；应用随着风电的规模化发展，从电力系统安全稳定与经济高效运行的角度出发，越来越需要风电具有传统电源的辅助功能，尤其是有功控制和频率调节。一些风电发展较快的国家或地区电网均对风电的一次备用甚至二次备用容量进行了规定，但在系统惯性响应方面还没有具体要求。目前很多研究集中于双馈风机与直驱风机的转子惯量控制、转子超速控制、变桨控制及组合控制，对支撑系统频率响应与调节具有重要的作用，但也在一定程度上受制于风机运行工况等的影响，存在调节盲区与备用容量可信度等方面的问题。此外，需要进行风电调频等辅助服务的市场定位与盈利模式等相关问题的探索，以促进风电的良性发展。一、风力发电对电力系统的影响1、备用容量需求的上升。在日常生活中，电力是不可缺少的一部分。风力发电受限于其本身的特点，有一定的不稳定性，而用户的用电又具有随机性和不均衡性的特点，导致风力发电和用电之间的无法形成相互平衡动态弥补，从而无法保证在实际生活中发电和用电的完整和稳定。随着我们对电的需求量逐步增加，这种不平衡的状态会越来越严重。为了缓解这种情况，我们可以设置一定的备用容量，以期通过这种备用容量能够进一步的缓解目前的用电量与风力发电不平衡的状况。目前的风力发电系统还不能够及时对电力的发电和用电情况进行进一步的处理，这时候也体现出了扩大备用容量的重要性，它可以有效地缓解并减少因为天气等影响因素对电力系统造成的损失。所以在对目前的风力发电系统的支持和研究中，需要考虑到备用容量的重要性，并进行进一步的研究和发展。这个措施也需要研究人员和大量的资金支持。2、惯性响应能力和调频下降。对风力发电系统的建设，需要进行创新技术的支持，需要淘汰一些比较陈旧和与现在发展情况不符合的发电设备。目前有两种比较常用风电机组，即双馈型风力发电机组和直驱型风力发电机组，均为主流的变速恒频发电机组。以变速恒频为主的风力发电机组逐步取代了提供惯性响应的同步发电机组。而由于风电变流器的隔离作用，风电机组的转子运动和系统频率解耦，降低了电力系统的惯性响应能力，在很大程度上失去了调频能力，严重影响了电力系统的频率稳定性。因此引入参与电力系统频率调节控制技术迫在眉睫。为了保证电力系统频率的安全稳定，引入调频技术，提供有功功率补偿，可减小电网频率波动。调频技术不仅对风能的转化有一定的帮助，而且还有利于整个电力系统的安全稳定。二、风力发电中的调频技术我国近年的风力发电中取得了不俗的进展，风力发电同样也为我国的能源事业开拓了一片全新的天地，因此，有效的提高风力发电的能量，满足生产、生活中的需求是当前工作的重要环节。调频技术的出现，可以有效的提高设备的存储容量，提升调频能力。1、转子惯性控制技术。当前社会下的风力发电技术已经有了较好地发展，而它的发电机型主要有定速型和变速型两种。传统的风力发电机大多数都采用了鼠笼式发电机，这种风力发电机最大的优点就是能够主动为整个电力系统的运行提供必要的惯性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在频率调节的过程中起不到任何作用。在两种风机当中，一般采用率较高的是变速型风电机，它具有很好的电力电子变流器控制功能，导致其机型波动范围一般较大。另外，由于它具有变速性质，在发电系统中操控起来也就自然显得方便灵活。由于风力发电技术并不是那么出彩，目前的风电能源一般会选择最大风能捕获以及控制的装置，在这样的状况下，风机只能运行于最大功率周围，无法采用调频的相关技术，更加无法有效合理的操控，也没有备用的容量，造成了很大的缺陷。尽管变速型风机具有很多缺陷和不足，但它本身可以进行良好的控制操纵，只要在控制目标以及策略上进行一定的调整完善，就可以充分的使发电机组适应系统频率的波动，并作出相应的反应，也就实现了频率调节功能。2、转子超速控制技术。相对于转子的惯性控制而言，转子的超速控制可以更有效且全面地对转子运行的速度进行合理控制，也就可以使风机不再处于最大功率的点上，从而保留一部分的功率备用，并且可以将其用于频率调节当中。转子超速控制的技术目前主要包括对控制环节的设计与风机运行模式的改善，比如在现有的双馈风机使用中，转子超速控制的使用须在额定风速以下，同时转子超速控制可以有效增加辅助的频率控制。当风机的频率下降时，转子转速也会跟随下降，这样不仅可以通过部分动能的释放来调整提高频率反应变化能力，同时也可以大大增加整体机组的发电功率，在其中，也就实现了频率调节的功能。虽然转子超速控制具有以上的优点，但它在频率调节的过程中，存在着控制和操纵上的盲区。当风速达到甚至即将超过额定的数值后，机组会主动地通过对桨距角的控制来实现功率的平稳，此时转子转速的提高对功率已经失去了主要的提升作用，因此，转子超速控制的运行仅限于额定风速以下。3、变桨控制技术。在风电发电现有的调频技术当中，在风力变化较大的地方一般会选取变桨控制的方式。变桨控制的使用首先是要对桨距角进行有效合理的操控，相应改变桨叶的迎风角度与整体输入的机械能量大小，它的位置也是处于最大功率点以下，也会留出一定的容量以供备用，从而对频率进行有效地控制。在风速较为稳定的情况下，桨距的角度越大，机组的备用功率也就越大。变桨技术在风力发电的运用当中，具有较强的灵活操控能力，调节范围也十分大，并且可以实现全风速下的功率控制。但是它的执行机构为机械部件，反应的速度十分不灵敏，而且桨距角变化不宜频繁，不然机组的机械很受到磨损，导致整体系统瘫痪。当前的变桨技术，主要应用于额定风速以上，虽然也会产生一定的维护修理费用，但是，它所带来的效益明显超于弊端。4、组合控制技术。在风力发电的调频技术当中，比较新兴和热门的就是组合控制，也就是把上述的三种调频控制技术加以改善综合利用，实现控制整体的系统化。风电机组的惯性响应控制、超速控制和变桨控制各自都有自己一定的适用范围，并且有各自的优势和缺陷，运行条件也不一致。在现有的研究当中，最大功率点一般只用于中低风速，而在额定风速以下大都会采用转子超速控制。变桨控制虽然适应风速的变化，但一般只会用于风速大的地区。如果将这几项调频控制技术进行有效的改善和调节整合，就可以克服其中的各项缺陷，并有效地提升电网系统的发电功率。因此，在组合控制的方面，相关专家应进行合理的研究，并不断地加以系统实践，使其实现高效率的灵活控制。风电技术正在不断地发展，为电力系统提供有效的能源支撑，当前风力发电中必须重视调频技术的应用，以此来解决风机运行工况不稳的问题，风电技术的成功运用依然有待深入探索，要积极开发并利用其优势功能，使其同传统电力技术有效配合，最终服务于电力系统的运行。

参考文献：[1]赵国材．风能变