徐冬青

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，傳統(tǒng)的能源供給面臨巨大的壓力。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的出現(xiàn)，極大地緩解了社會生產(chǎn)中的能源需求問題。在使用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的同時通過功率控制，有效提高了風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)能的利用率。論文主要對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)做了分析，探討了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)功率控制策略。

【Abstract】 With the rapid development of social economy， people's demand for energy is increasing and the traditional energy supply is under great pressure. The emergence of wind power generation technology has greatly alleviated energy demand in social production. The utilization of wind power is improved by power control while using wind power technology. In this paper， wind power generation technology is analyzed and the power control strategy of wind power generation is discussed.

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電技術(shù)；功率控制；策略

【Keywords】wind power generation technology； power control； strategy

【中圖分類號】TM614 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）01-0166-02

1 引言

相對于傳統(tǒng)能源來說，風(fēng)能的開發(fā)利用不僅成本低，而且環(huán)保安全，最重要的是風(fēng)能是可再生能源。目前風(fēng)能的開發(fā)利用主要是風(fēng)力發(fā)電。在實際工作中，風(fēng)力發(fā)電機組對風(fēng)力的利用率是比較低的，因此專家對風(fēng)力利用率的提高技術(shù)研究一直沒有間斷。

2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述

2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)原理

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)指的是將風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電的過程就是把風(fēng)能經(jīng)由機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程由風(fēng)輪實現(xiàn)，機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程由風(fēng)力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)實現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的基本原理是風(fēng)的動能通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)換為機械能，再帶動發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)換為電能。在這個過程中，風(fēng)力發(fā)電機組大多為水平軸式風(fēng)力發(fā)電機，它由多個部件組成，包括葉片、輪轂、增速齒輪箱、發(fā)電機、主軸、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等。

2.2 風(fēng)力發(fā)電的特點

風(fēng)能發(fā)電在近10年來已取得飛速發(fā)展，目前，全球風(fēng)電裝機容量已近4 270億MW。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)能夠得到大量的推廣與它的特點是分不開的。風(fēng)能屬于可再生能源，風(fēng)力發(fā)電有充足的能源支持；風(fēng)力發(fā)電技術(shù)建設(shè)周期短以及裝機規(guī)模靈活，在風(fēng)能充足的地方可以用最短的時間建立風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施，可以用最快的速度將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為需要的電能；可靠性高和成本低使得風(fēng)力發(fā)電的推廣使用迅速提高；風(fēng)力發(fā)電在操作運行方面也是比較簡單的，而且風(fēng)力發(fā)電建設(shè)占地面積小。風(fēng)力發(fā)電的特點總結(jié)下來就是能源充足，操作簡單，成本低無污染。

3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的推廣和使用，在不斷的實踐操作中，得到了越來越多的改善。將原有的風(fēng)力發(fā)電單機容量小做了調(diào)整，增大了單機容量，同時也為了不占用更多的陸地資源，將風(fēng)力發(fā)電陸地風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｉ巷L(fēng)，恒速發(fā)電機組向變速發(fā)電機組發(fā)展，有齒輪箱向直驅(qū)永磁式發(fā)展，小葉片低塔筒向長葉片高塔筒發(fā)展。

3.1 單機小容量向大容量的發(fā)展

目前，風(fēng)力發(fā)電機組單機容量雖然已經(jīng)得到了較大改善，增大了單機容量，但在實際應(yīng)用中仍然存在很大的不足，必須有新的突破才能適應(yīng)日益增長的電力需求。先進國家的風(fēng)力發(fā)電機組單機容量已經(jīng)朝著40MW的方向發(fā)展，因此應(yīng)該加快研究力度，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)力發(fā)電站，風(fēng)能的利用率將大大提高[1]。

3.2 風(fēng)力發(fā)電由陸地風(fēng)電向海上風(fēng)電的發(fā)展

目前，陸地上的風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)得到了廣泛使用，但相對來說陸地上風(fēng)能充足的地方較少，因此風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能開始由陸地風(fēng)能向海上風(fēng)能發(fā)展，海上風(fēng)電場規(guī)劃規(guī)模不斷擴大。將風(fēng)力發(fā)電場地建設(shè)在海邊不僅可以緩解陸地占用土地資源的問題，而且海上的風(fēng)能更充足，可以進行大規(guī)模、大批量的生產(chǎn)，在成本上也會降低很多。我國將在沿海地區(qū)建設(shè)大量的風(fēng)力發(fā)電場地，到2020年底，全國規(guī)劃建設(shè)總?cè)萘窟_3000萬kW的海上風(fēng)電場。

3.3 風(fēng)力發(fā)電變速恒頻向變速恒頻直驅(qū)永磁同步發(fā)電機方向發(fā)展

目前風(fēng)力發(fā)電的主流是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機，在可靠性和變流技術(shù)上，變速恒頻直驅(qū)永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)的使用，提高了系統(tǒng)的可靠性，全功率變流技術(shù)能夠很好地滿足低壓穿越要求。

3.4 風(fēng)力發(fā)電有齒輪箱向無齒輪箱發(fā)展

在風(fēng)力發(fā)電中有齒輪箱對風(fēng)力發(fā)電工作要求高，加工難度大，而且設(shè)備較為沉重。因此直驅(qū)式風(fēng)電技術(shù)得到迅速發(fā)展，無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機組故障，減少風(fēng)電場維護成本，而且可靠性和效率都有較大提高。目前國際先進的無齒輪箱直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的工作原理采用的是低速多極永磁發(fā)電機，這將會在未來受到廣泛推廣和使用。同時隨著直驅(qū)永磁式風(fēng)電機組的不斷增多，全功率變流技術(shù)得到了廣泛發(fā)展和應(yīng)用，使風(fēng)輪和發(fā)電機的調(diào)速范圍擴展到0至150%的額定轉(zhuǎn)速，全功率變流技術(shù)能夠很好地滿足低壓穿越要求，可提高機組的風(fēng)能利用范圍。

3.5 小葉片低塔筒向長葉片高塔筒的發(fā)展endprint

風(fēng)電葉片是風(fēng)電機組中有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，葉片長度隨風(fēng)電機組單機容量的提高而不斷增長。根據(jù)頂旋理論，為獲得更大的發(fā)電能力，風(fēng)力發(fā)電機需安裝更大的葉片，更高的塔筒。針對我國大多數(shù)地區(qū)處于低風(fēng)速區(qū)的實際情況，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機通過技術(shù)創(chuàng)新，風(fēng)輪葉片更長、塔架更高，捕獲的風(fēng)能資源更多，目前10 MW海上風(fēng)力發(fā)電機的葉輪直徑已達190 m，陸地普遍應(yīng)用的2.5MW風(fēng)機的葉輪直徑可達120m，塔筒高度達到100m，在低風(fēng)速區(qū)域有更好的風(fēng)能利用效率。

4 風(fēng)力發(fā)電功率控制策略

4.1 風(fēng)力發(fā)電機變槳距控制

在風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)力發(fā)電機組在安裝結(jié)構(gòu)上根據(jù)風(fēng)輪葉片和輪轂可以分為定槳距風(fēng)力發(fā)電機和變槳距風(fēng)力發(fā)電機兩種。定槳距風(fēng)力發(fā)電機是將葉片固定安裝在輪轂上，在工作過程中，槳葉是不會發(fā)生角度變化的。變槳距風(fēng)力發(fā)電機在實際工作中必須解決風(fēng)速變化時槳葉自動調(diào)節(jié)功率和風(fēng)力發(fā)電機的制動功能。具體表現(xiàn)在：①變槳距風(fēng)力發(fā)電機在葉片和輪轂之間采用非剛性聯(lián)結(jié)方式，這樣葉片就可以在工作中通過節(jié)距的調(diào)整，根據(jù)風(fēng)速調(diào)整葉片和輪轂之間的角度。在實際工作中，無論風(fēng)速怎么變化，葉片與輪轂始終保持在最佳的角度，在風(fēng)力發(fā)電中可以提高輸出功率；②在風(fēng)力過大超出風(fēng)力發(fā)電機的切出風(fēng)速時，就會自動停止工作，槳葉可以在風(fēng)力機停止工作時保護風(fēng)力機不會受到損害[3]。

4.2 風(fēng)力發(fā)電機偏航控制

在風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中風(fēng)力機偏航控制是非常重要的組成部分。偏航控制系統(tǒng)在工作中與風(fēng)力發(fā)電機組相互協(xié)調(diào)，可以保持風(fēng)輪一直處在迎風(fēng)狀態(tài)，這樣可以很大程度上提高風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電效率，同時也可以保障風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全。風(fēng)力發(fā)電機偏航系統(tǒng)分為主動迎風(fēng)偏航系統(tǒng)和被動迎風(fēng)偏航系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機偏航控制系統(tǒng)在工作中主要是在風(fēng)力發(fā)生改變時，可以更好地調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機，讓風(fēng)力發(fā)電機始終處在風(fēng)向的正前方，這樣可以最大限度地捕獲風(fēng)能，對風(fēng)力發(fā)電機的功率輸出有很大提升[2]。

4.3 風(fēng)力發(fā)電機控制

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)功率控制中，可以通過風(fēng)力發(fā)電機來控制功率輸出。風(fēng)力發(fā)電機大多采用雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機。雙饋異步發(fā)電機的最大好處就是可以根據(jù)風(fēng)速變化進行適當(dāng)調(diào)整，這樣可以保證風(fēng)力發(fā)電機的運行始終是最佳狀態(tài)，對風(fēng)能利用率的提高有很大幫助。同時，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機運行過程中，通過控制饋入的電流參數(shù)，在保持定子輸出的電壓和頻率不變的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，保障風(fēng)力發(fā)電機的系統(tǒng)穩(wěn)定。

5 結(jié)語

通過對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的分析，在實際工作中，為了更大限度提高風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率，對風(fēng)力發(fā)電機進行了深入研究，同時對功率控制有了較大進步。通過風(fēng)力發(fā)電機變槳距控制、偏航系統(tǒng)控制以及風(fēng)力發(fā)電機控制，在很大程度上提高了風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率。

【參考文獻】

【1】王志新， 張華強. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略研究[J].自動化儀表， 2008，29（11）：1-6.

【2】張超.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略研究[J].電子制作，2013（14）：30-30.

【3】李建偉，陳英杰.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（19）.56-57.endprint