MW级风力发电系统单机电气控制技术研究 无功补偿和偏航控制系统 ...
江玉
[摘 要]随着我国社会经济的持续发展，我国人民对电力能源的需求日益提升，为了满足社会发展的能源需求，我国相继研发了各种能源生产技术，期望以此改善我国能源的供应环境。而风力发电技术作为电力能源技术体系的重要组成部分，其中的电气控制技术将直接影响到风力发电厂的稳定运行。鉴于此，本文就针对风力发电电气控制技术及应用实践做一些分析，希望能为风力发电的稳定发展提供有效参考价值。
[关键词]风力发电；电气控制技术；应用实践
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0388-01
引言：风力发电与其他方式相比，可靠性较低，它受到周围环境的影响因素较大，比如大气压、温度、湿度等自然因素。所以在进行风力发电时，我们必须考虑如何降低自然因素对发电的影响。风力发电效率的一个重要考量指标就是风能利用率。目前，一些规模较大的风力发电叶片厂商会把发电机组的叶片直径设置在60—100m，这样可以最大限度地提高风能利用率。此外，风力发电周围的环境都很恶劣，专业的工作人员无法及时进行现场监控，所以难以实现预期效果。为实现对风力发电的合理监控，我们必须重视风力发电电气控制技术的应用。
1 风力发电现状分析
众所周知，风能是新时期大力推进的新型清洁能源，其优点有目共睹，但也具有不可避免的局限性。它的优点主要是没有污染，永远不会衰竭；但其局限性也较大，比如风力发电的稳定性比其他发电方式弱，且风能不能储存，只能实地采取。因此，在我国风力发电的发展过程中也遇到了不少问题，主要问题是对电能、电网质量的影响较大，因为风的速度和方向变化随机。这种随机性会引起负荷和电能发生一系列变化。如果电网的规模较小，其稳定性多多少少也会受到影响；但如果电网规模较大，就会影响到电能质量。不仅如此，我国目前各大风力发电所的使用设备也有着不容忽视的局限性，它们的特性一般较为复杂，所以无法对其进行有效的风力发电控制。更重要的是，我国目前有两种风电系统的模型，分别是线性模型和非线性模型。线性模型一般与传统的控制方法相结合，它要想实现最大量风能捕获，就要调节发电机的相关属性，这种方法是较为简单的。但与非线性模型相比，線性模型在工作范围、环境等多方面都有很大的不同。如果采用传统的控制方法，就无法满足风力发电过程中的各项需求，也就会阻碍我国风力发电的发展。
2 风力发电电气控制技术概述
就现实情况来看，风力发电与其他发电模式相比存在较强的不稳定性，很容易受外界各类因素的影响，例如风速、风向、大气压强、温度等等，所以在电气控制技术应用的过程中，应当以此入手，进一步克服外界因素对风力发电过程的干扰。另外，为提高风能发电的效率，必须对各类风能发电设备对风力的利用效率进行系统的分析，提高其能量的转化率。例如我国在综合考虑风力发电叶片荷载、稳定性及其风能利用率的基础之上，将风力发电机的叶片长度范围设定在60至100m范围之内，转化效率极高。此外，由于风力发电设备运转的环境大多都较为恶劣，所以在设备检修与维护上如果单纯的依赖人力完成相关操作显然是不现实的，为此，应该合理融入远程遥感控制技术等，以此全面提高风力发电过程电气控制的实际成效。
3 风力发电电气控制技术的应用分析
早在多年以前，国内就已经开始了对风能利用的相关研究，但其具体应用仍然是采取示范的形式进行，并未形成规模。在1990年以后，我国才开始了风力发电厂的规模化建设，在此之后我国风力发电技术研究进入了高速发展时期，现今已然衍生了较多的风力发电电气控制技术，并且已经得到了广泛实践应用，其主流控制技术如下所示：
3.1 变桨距发电技术
变桨距发电技术的主要目的就是通过改变桨叶角度对风力发电机组的风速功率进行控制，以此确保风力发电机组存在过高风速的时候能够得到有效控制。同时，在我国科学技术的不断发展背景下，变桨距的制造材料也出现了较大变化，在材料选择中逐渐倾向于轻材料，使得变桨距的整体重量逐渐降低，整体重量的减少不仅能够有效降低运行事故的发生几率，在很大程度上也给控制工作带来了便利条件。但是在变桨距发电技术的应用过程中，变桨距的运行稳定性较差问题一直无法得到有效解决，这就极大增加了人力资源和物力资源的消耗，相信在我国科学技术的持续发展下，其运行问题会得到有效解决。
3.2 定桨距失速发电技术
一般在发电机组的设置过程中都要进行并网，这对于发电机组的稳定运行有着决定性的影响作用，为了提高发电机组的作用率，我国技术人员研发除了定将失速发电技术，并将这项技术应用到实际的风力发电系统中，使传统发电技术和新型发电技术得到有效结合运用，最大化确保了风力发电系统的运行轨迹。同时，定桨距失速发电技术的主要目的就是控制发电机组的功率，这就反映出定桨距的本身构建极为复杂，而且还存在着高重量和大体积等情况，在这种情况下就无法保证发电机组的运行效率，所以在一些风力等级较高的风力发电系统中并未采用这项技术，而这也是技术人员的重要研究方向。
3.3 主动失速发电技术
主动失速发电技术又可以称之为混合失速发电技术，而且主动失速发电技术还包含着定桨距失速发电技术和变桨距发电技术的基本特点，这种技术主要是通过桨距角的不同变化控制风能捕捉量和风速，以此来保证风力发电系统的运行效益。但是在主动失速发电技术的应用过程中，常常会出现严重失误状况，导致功率输出受到不同程度的影响，极其不利于针对风力发电系统运行效益的控制。
3.4 变速风力发电技术
变速风力发电技术的主要目的就是针对风力发电机的原有恒速进行影响和控制，根据不同风速控制风力发电机的运行情况，以此保证恒定发电频率。由于风力发电机会受到风速变化的影响，为保证风力发电机的运行效率就要根据实际情况调整相关的风轮转速指标，并注重输出功率的平稳性，从而有效确保风能能量。同时，根据时代发展的现象来看，这种技术是风力发电的重要发展方向，其中恒速发电技术将成为风力发电的核心技术。
结语
总而言之，电气控制技术在风力发电中的应用已经得到了越来越多的重视，其地位不容小觑。可持续的发展战略是我国所倡导的发展战略，这一战略与过量使用不可再生的矿物能源是相悖的。所以，可再生清洁能源的开发与利用是我国当下发展中的重点问题，而目前全世界范围内利用较广的清洁能源就是风能。因此，我们要大力发展风力发电，重视发电控制技术在风力发电中的具体应用，做好具体的发展工作成为了今后的一项重要任务和挑战。我们要将眼光放长远，因地制宜，不同的地区采取不同的措施，在各个方面都做好完善工作，让发电电气控制技术在风力行业的应用更加广泛。
参考文献
[1] 王惠.风力发电电气控制技术及应用实践探析[J].中国高新区，2017（22）：123.
[2] 李轶男.试析风力发电设备的电气控制技术[J].中国战略新兴产业，2017（28）：197.
[3] 邵金云.风力发电电气控制技术发展探讨[J].科技展望，2016，26（04）：93.
