风力发电控制技术及新发展探讨

风力发电技术论文范文第四篇：风力发电控制技术及新发展探讨

　　摘要：在当今节能环保理念下，各种清洁能源的应用越来越受到社会的重视，其中，风能就是当今社会重点关注的一种清洁能源。风力发电及其控制技术的研究也开始备受关注。为进一步促进风力发电及其控制技术的良好发展，本文对该技术及其控制技术进行了分析。希望可以给风力发电行业的发展提供相应助力，让风力发电技术在当今社会生活中发挥出更好的应用效果。

　　关键词：风力发电；控制技术；应用研究；新进展；

　　随着当今社会的进步与经济的发展，人们日常生产生活中的用电需求也呈现出了不断上升的趋势。在科学技术的不断发展中，风力发电技术得到了越来越广泛的应用。在该技术的具体应用中，主要的设备包括发电机、变压器、风轮等，而要想实现风力发电技术的良好控制，就需要对这些系统设备的应用做好控制，以此来达到理想的风力发电效果，满足实际需求。

　　1 风力发电简述

　　风力发电的主要原理就是通过风力来带动风车叶片转动，然后再借助于增速机提升其转动速度，以此来为发电机运行提供足够的动力，促使发电机发电。根据风车技术研究发现，在风速为每秒钟三公尺的微风条件下，风力发电便可以实现。在当今，风力发电已经逐渐成为了一种主流的发电方式，因为这种发电方式既不会面临燃料问题，也不会对环境造成污染，所以其应用前景十分光明。

　　2 风力发电控制技术

　　2.1 风轮控制技术

　　在风力发电系统的具体应用中，要想达到最高的风电转化率，就需要降低风能的消耗。为达到这一目的，就需要对风轮进行合理控制，具体控制技术如下：

　　（1）合理控制风轮叶尖速比。风轮在运行过程中，其风叶尖端在风力作用下所转动的线速度就是叶尖速，而叶尖速与这段时间内风速之间的比值就是叶尖速比。通过对叶尖速比的河流控制，便可让风机系统得到进一步的优化，以此降低风能消耗。具体控制中，因为自然风速的大小以及风力都无法调节，所以要想达到理想的控制效果，就需要通过叶尖速的改变来实现叶尖速比的调节。在此过程中，可以根据实际的风力和风速情况，通过变桨系统调整风轮转矩，这样就可以使其最外侧边缘速度得到合理控制，以此来实现叶尖速比的进一步优化。

　　（2）合理控制功率信号反馈。对功率信号的反馈进行控制，可以有效控制风轮机功率。在运行过程中，风轮的功率会在条件改变时发生变化，这也是该控制方法得以应用的一个基础条件。通过对功率关系的分析可以绘制出其最大功率曲线，并以此为基础进行功率信号反馈的合理控制。具体控制过程中，应该对最大功率以及系统的实际输出功率的差值分析，然后根据这个差值进行风轮桨矩调整，让风轮始终保持最大的运行功率。通过这种控制方式，不仅可以有效降低风能消耗，同时也可以有效降低控制成本。但是在该控制方法的具体应用中，因为获取最大功率曲线是一项难点内容，所以技术人员需将其作为重点进行研究。

　　（3）合理控制爬山搜索。通过对爬山搜索的合理控制，可以让风机功率点得到合理控制，因其图像和抛物线相类似，所以最大功率点在最高处。具体控制中，如果不能确定出目前工作点的具体位置，可以将风轮运行中的转动速度适当提升，以此来实现系统直流功率输出的改变，在系统中的直流功率输出加大的情况下，最高点就会出现在这个抛物线图像的左侧，反之就会出现在这个抛物线图像的右侧。通过这样的方式，就可以及时找出最大功率点的位置，并以此为基础来进行风轮转速的合理确定。但是这种方法也有一定的缺点，如果风轮具体转动中的惯量比较大，就很难改变其转速。

　　2.2 风力发电机控制技术

　　目前主要的风力发电机包括异步风力发电机、电励磁同步风力发电机、永磁同步风力发电机等，从早期带齿轮箱高速传动部件的双馈式风力发电机到不带齿轮箱而是将风机主轴与低速多级同步发电机转子直接相连的直驱式发电机，再到更加集成、结构紧凑的半直驱变速变桨风力发电机。在具体的风力发电机制造过程中，采用更加集成设计和紧凑型结构的风电传动系统对发电机进行制造，以此来达到提升效率、降低成本的目的。同时，在对风力发电机的具体控制过程中，应通过全功率矢量法进行控制，解除其直轴电流和交轴电流之间的耦合，以此来实现系统功率因数的降低，让风力发电机得到良好控制。

　　2.3 电子电力变换器控制技术

　　电子电力变换器在当今的风力发电系统中的适用面非常广泛，尤其是在大型的风力发电系统中，电子电力变换器更是得到了广泛应用。通过电子电力变换器进行风能的转换过程中，其能量转换率非常高，且完成转换后，能量传输效率也非常高。通过电子电力转换器的应用，可使风力发电系统中的无功功率得到有效补偿，在提升系统运行效率的基础上实现其功率范围的进一步扩大。且该设备的购买和应用都不需要太高的成本，具有非常合理的经济性。

　　具体应用中，应通过矢量控制的方式对有功功率和无功功率进行解耦处理，让无功功率有效满足系统的实际运行需求。另外，通过全功率SPWM矢量控制变流器的合理应用，也可以让风力发电系统中的无功输出量达到最大，通过合理设置直流环节，可实现风力发电系统中有功功率以及无功功率的有效调节。

　　2.4 谐波消除控制技术

　　在通过风力发电机进行发电的过程中，谐波会导致整体电能质量的降低，进而影响电压和频率等，让有功功率和无功功率之间难以达到平衡。所以，要想有效保障风力发电系统的运行质量，就要将其中的谐波消除。在风力发电系统的具体运行过程中，谐波的影响主要包括以下几个方面：（1）谐波会导致发电机通讯和铁损的增加，进而引起超同步谐振现象。（2）谐波会导致系统设备的过热故障，进而影响系统的正常运行。（3）谐波会让保护系统和控制电路出现误动作情况，对传感器精准性造成不利影响。（4）谐波会对电子设备造成损坏，不仅影响风力发电系统的正常运行，也会为企业带来经济损失。

　　在风力发电系统的运行中，若要有效消除谐波干扰，可通过以下几方面的措施来实现：（1）将电力变流器等电力设备应用到系统中，用这些设备的相位来抵消谐波。（2）对于谐波现象所导致的系统无功功率增加情况，可通过电容器组的合理调整来改变系统无功功率，让谐波对其造成的影响得以有效降低。（3）可通过三角连接法来进行系统连接，以此降低系统中谐波的进入量。（4）在具体的谐波消除中，也可以按照实际情况来合理地加设滤波器。

　　2.5 无功功率补偿技术

　　在风力发电系统的运行过程中，由于感性元件影响，经常会出现功率消耗情况，在电压从感性元件中通过时，因为消耗的只是无功功率，所以感性元件的两端并不会出现电压变化，如果测量到其两端电压比较高，则说明感性元件中通过的电流很大，元件设备也极有可能被损坏。对于此类情况，在进行控制的过程中，可以适当进行系统的无功补偿，以此来实现谐波作用的有效遏制。在无功补偿过程中，最常用的方法是电容投切法，但是，应根据实际情况来确定投入的电容量，以此来避免电容量投入过大而产生电压谐波。

　　3 风力发电控制技术的新进展

　　随着当今社会经济与科学技术的协同发展，在风力发电系统的应用过程中，信息化和自动化等技术得到了合理应用。其中，最关键的一项技术就是PLC自动化控制技术。将该技术应用到风力发电系统的控制过程中，通过各种传感器来进行各个设备运行参数的采集，通过实际参数和系统数据库中原始参数的对比来及时发现异常，并使其得到及时有效的处理。图1为风力发电控制系统示意图。

　　PLC自动控制技术的应用不仅可以及时发现和调整风力发电系统的异常情况，避免运行故障发生，同时也可以让风力发电系统的运行实现自动化、智能化的远程监督控制，赋予整个风力发电机组思想和灵魂。这对于风力发电系统运行效果的提升及其信息化、智能化的发展都将有着非常深远的意义。

　　4 结语

　　综上所述，风力发电在当今已经开始成为了一种主流发电技术。而在风力发电技术的具体应用中，合理的控制技术是保障风力发电系统安全稳定运行的关键。所以在具体的运行中，技术人员应加强对其控制技术的研究，不断提升风力发电系统的运行质量，解决风力发电系统的运行问题，保障电力的正常生产与供应，满足当今社会需求，促进风电行业发展。

　　图1 风力发电控制系统示意图

　　参考文献

　　[1]李华军变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究[J].科学与信息化，2020（9）：61.

　　[2]邹小洪。浅谈双馈异步风力发电机变频器运行控制技术[J].红水河，2020（2）：49-52.

　　[3]米舜风力发电系统机械变频控制技术分析[J]消费导刊，2020（14）：229.