羅華兵　李順云　丁祥

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)科技的迅速發(fā)展，各國(guó)對(duì)能源的開發(fā)與利用也開始有了新的想法和變化。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，更是越來越受到各國(guó)負(fù)責(zé)能源開發(fā)與利用的相關(guān)工作者們的重視。風(fēng)能的潛在蘊(yùn)含量非常大，全球的總風(fēng)能目前的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為MW，并且其中可利用的風(fēng)能也達(dá)到MW，也許單純的數(shù)字并不能充分顯示出風(fēng)能的可利用，但是通過與其他能源的相比較就能明顯看出風(fēng)能可開發(fā)利用的儲(chǔ)量有多大，風(fēng)能是地球上可開發(fā)利用的水能總量的十倍甚至更多。

關(guān)鍵詞：變速變槳距；風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)能開發(fā)；機(jī)組控制；優(yōu)化

風(fēng)能的能量密度低，風(fēng)能相比其他各類能源也更加不穩(wěn)定，雖然開發(fā)潛力巨大但是其中的困難也是相對(duì)較多。目前大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制問題也比較困難，變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無論是在低于額定風(fēng)速還是在高于額定風(fēng)速方面都有著不同的控制方式與控制策略。另外，變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行初步風(fēng)力發(fā)電建模的過程中也會(huì)出現(xiàn)各類問題。本文將針對(duì)目前已有的問題以及如何進(jìn)行變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略優(yōu)化做出簡(jiǎn)單分析，以供廣大讀者參考。

一、變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制的概念簡(jiǎn)述

1.變速變槳距直白的來講就是指風(fēng)力發(fā)電的一種混合式調(diào)速方式。其中，變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還應(yīng)當(dāng)將變速以及變槳距分開來解釋：（1）變速是指風(fēng)機(jī)變速器，風(fēng)機(jī)變速器由多種部件組成，主要功能是通過變速器當(dāng)中齒輪組的不斷變化來達(dá)到控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的目的，最終保障發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的電機(jī)電壓及電流更加穩(wěn)定。變速器特征明顯，功能作用明顯。另外，隨著科技的不斷發(fā)展，變速器也開始采用新型的轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，這也為齒輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)和工作帶來了更好的硬件條件。（2）變槳距具體可以分為風(fēng)機(jī)變槳調(diào)節(jié)的兩種狀態(tài)，一種是指正常運(yùn)行的連續(xù)變槳，另一種是指停止?fàn)顟B(tài)下的全順槳。連續(xù)變槳距是指風(fēng)機(jī)在開始啟動(dòng)時(shí)槳葉由90°向0°方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)，并網(wǎng)發(fā)電槳葉在0°附近進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體狀態(tài)比較穩(wěn)定，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的整個(gè)過程來說是非常重要的。還有就是液壓變槳系統(tǒng)的連續(xù)變槳，這一類的具體運(yùn)行方式是由液壓比例閥控制液壓油的流量大小來進(jìn)行位置以及速度的控制。更多的是在風(fēng)機(jī)停機(jī)或緊急情況的狀態(tài)下，緊急情況時(shí)為了為了能夠及時(shí)停止風(fēng)機(jī)，槳葉將快速轉(zhuǎn)動(dòng)到90°，一方面是為了確保風(fēng)向能夠與槳葉平行，使槳葉失去迎風(fēng)面，停止轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面則是利用槳葉通過橫向拍打空氣進(jìn)行制動(dòng)，從而確保風(fēng)力機(jī)組能夠迅速停機(jī)，這也就是我們所說的全順槳。

2.風(fēng)力發(fā)電是目前電力市場(chǎng)上所有發(fā)電方式當(dāng)中最為清潔的能源，沒有之一，風(fēng)力發(fā)電是指通過有效方式將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能。風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)單無污染，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，然后透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電在很久以前就已經(jīng)有所記載，但是歷史上的風(fēng)力利用大多是通過風(fēng)力進(jìn)行抽水、磨面等工作，并且風(fēng)車技術(shù)也非常落后，并不能進(jìn)行發(fā)電。而目前的風(fēng)車技術(shù)則是大大不同，最小的風(fēng)力是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。到目前為止，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為了世界上電力能源開發(fā)的一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電清潔無污染，也不需要任何的原料，更不會(huì)產(chǎn)生任何的輻射或污染。

二、優(yōu)化變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制重要性

1.通過使用風(fēng)力發(fā)電的電力能源開發(fā)方式已經(jīng)成為當(dāng)前電力開發(fā)的一大有效方式。當(dāng)前隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，風(fēng)能市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大。風(fēng)力發(fā)電相比其他的發(fā)電方式更加清潔無污染，發(fā)電過程也相對(duì)簡(jiǎn)單，從2005年開始，全球的風(fēng)力發(fā)電能力相比之前翻了一番，2008年至2009兩年之間，全球風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量擴(kuò)大到35%。2010總體電力發(fā)電能源在16萬兆瓦左右。預(yù)計(jì)未來的20年內(nèi)，世界風(fēng)能市場(chǎng)每年將遞增25%左右。隨著當(dāng)前社會(huì)的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。

2.中國(guó)的風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計(jì)未來很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的電力發(fā)展一方面能夠給電力能源帶來新的能源資源，另一方面也為市場(chǎng)上的相關(guān)技術(shù)開發(fā)以及工作者們帶來了更多的盈利機(jī)會(huì)。風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)不斷提高和逐漸成熟穩(wěn)步提升，也為經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和發(fā)展帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)。2010年到現(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的利潤(rùn)總額始終保持高速增長(zhǎng)，并且在之后的幾年其增長(zhǎng)速度也持續(xù)穩(wěn)定在60%以上。由此可見風(fēng)力發(fā)電在電力能源市場(chǎng)上的潛力巨大。

三、如何有效優(yōu)化變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略

1.更新傳統(tǒng)的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的變速變槳距與新型的變速變槳距風(fēng)機(jī)有著較大差距，傳統(tǒng)的變速變槳距控制主要以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為變槳距的控制量，一方面是轉(zhuǎn)速速度有待提高，另一方面，其轉(zhuǎn)速的濾波反饋信號(hào)以及轉(zhuǎn)速給定值之間的偏差也相對(duì)較大。除此之外，傳統(tǒng)的變速變槳距在不同的風(fēng)速情況下，也會(huì)出現(xiàn)不同的槳距角，而槳距角的變化對(duì)于風(fēng)速而言又是非線性的，因此就直接導(dǎo)致槳距角很小的變化就對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的影響。那么通過最新的研發(fā)而使用新型的變速變槳距就能夠有效控制槳距角的變化，使轉(zhuǎn)速給定值更加準(zhǔn)確，與此同時(shí)也能夠通過改變控制器的全局增益使其與槳距角之間的關(guān)系更加穩(wěn)定，從而達(dá)到更好的控制變速變槳距風(fēng)力發(fā)電的目的。

2.進(jìn)行變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)模型制造過程中，就進(jìn)行嚴(yán)格的特性觀察以及性能檢測(cè)，確保投入使用時(shí)能夠達(dá)到效益最大。變速變槳距的風(fēng)力機(jī)模型對(duì)于后期的風(fēng)力發(fā)電以及發(fā)電機(jī)組的控制規(guī)律的研究都有著至關(guān)重要的作用。模型是制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)組初稿，性能健全完善的風(fēng)力發(fā)電模型能夠更好的保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組后期的風(fēng)力發(fā)電。然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型時(shí)期，并不能完全的進(jìn)行變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，這也算是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型的一大缺點(diǎn)，但是做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型，能夠更好的進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建設(shè)和功能預(yù)測(cè)，這也就為后期的風(fēng)力發(fā)電提供了更好的風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)。

3.增加變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制的檢測(cè)時(shí)間，在變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中進(jìn)行更多的相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及策略更新。當(dāng)前社會(huì)的科技知識(shí)不斷更新，這也就表明電力發(fā)電技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代，只有及時(shí)更新相關(guān)的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)，才能夠更加及時(shí)有效的對(duì)變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制進(jìn)行優(yōu)化。

四、總結(jié)

總而言之，風(fēng)能市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大自然而然的給風(fēng)力發(fā)電帶來了巨大的市場(chǎng)，也給變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制優(yōu)化方面帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，只有不斷完善和改進(jìn)變速變槳距發(fā)電機(jī)組，才能夠優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，提高對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制，為我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電能源提供高效的開發(fā)技術(shù)，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高豐富的電力能源。因此，優(yōu)化和提高變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制也就是提高我國(guó)風(fēng)力發(fā)電能源技術(shù)的基礎(chǔ)方式之一，相關(guān)工作者應(yīng)當(dāng)盡心盡力，為國(guó)家的能源開發(fā)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉軍，何玉林，李俊，黃文.變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略改進(jìn)與仿真[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，05：82-86.

[2]韋徵，陳冉，陳家偉，陳杰，龔春英，陳志輝.基于功率變化和模糊控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速變槳距控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，17：121-126.

[3]何玉林，劉軍，李俊，任海軍.變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，12：55-60.

[4]何玉林，蘇東旭，黃帥，任海軍，陳真.變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距控制及載荷優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，16：95-100.

[5]陳曉紅，王一飛，尚鵬，蔣苗苗，金立軍.永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速槳距綜合功率控制策略研究[J].可再生能源，2014，09：1306-1311.