關(guān)長余 呂野

摘 要：近年來，伴隨社會(huì)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，社會(huì)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)控制的要求也更為嚴(yán)格。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為兼顧復(fù)雜性及綜合性的技術(shù)手段，包含自動(dòng)控制、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)及力學(xué)等多方面知識(shí)。同時(shí)，科學(xué)合理開發(fā)應(yīng)用風(fēng)能不止能緩解國內(nèi)資源緊張局面，更能推動(dòng)電力行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。本文以風(fēng)力發(fā)電為切入點(diǎn)分析其現(xiàn)存問題，就提出具體的控制技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行深入探究，旨在為相關(guān)從業(yè)人員積累更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)；發(fā)展前景

進(jìn)入21世紀(jì)以來，受不可再生能源大量消耗的影響，生態(tài)環(huán)境日益惡化，而如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性增長的目標(biāo)開發(fā)出新型清潔能源，是各個(gè)國家各個(gè)地區(qū)在發(fā)展進(jìn)程中所面臨的主要挑戰(zhàn)。風(fēng)能作為新型清潔能源的典型代表，合理開發(fā)利用能緩解區(qū)域能源危機(jī)，對(duì)于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性增長具有不可比擬的積極作用[1]。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)歷經(jīng)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展?jié)u漸成為新型清潔能源的中流砥柱，其增長速度處于所有清潔型能源的第一位。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步較晚且技術(shù)水平相對(duì)較差，特別是風(fēng)力發(fā)電總體性設(shè)計(jì)及調(diào)速調(diào)頻等方面尚未成熟。由此可見，靈活運(yùn)用控制技術(shù)能優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電流程大大提高發(fā)電效率。鑒于此，本文針對(duì)風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)展

1.1風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

從技術(shù)角度來看，我國大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電實(shí)行三步走戰(zhàn)略，即自主創(chuàng)新、消化吸收及引進(jìn)技術(shù)。目前我國5WM容量等級(jí)的風(fēng)電設(shè)備漸漸退出市場且兆瓦級(jí)別風(fēng)力機(jī)組取而代之，說明我國基本具備自主研發(fā)兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的技術(shù)能力。除此之外，風(fēng)電設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，例如：國產(chǎn)機(jī)組占據(jù)著越來越高的國內(nèi)市場份額，換而言之風(fēng)電行業(yè)中國產(chǎn)風(fēng)電裝備大致滿足風(fēng)電生產(chǎn)使用的需求，特別是風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及關(guān)鍵性零部件等，但是少部分技術(shù)要求嚴(yán)格的零部件依賴進(jìn)口，例如：變流器及主軸軸承等[2]。由此可見，重視風(fēng)電裝備制造技術(shù)創(chuàng)新不斷增強(qiáng)自主研發(fā)能力占據(jù)著極其重要的地位及作用。

1.2風(fēng)力發(fā)電控制的必要性

由于自然風(fēng)速度快慢及方向大小存在著明顯差異性，客觀上要求相關(guān)技術(shù)人員重視風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)，例如：控制機(jī)組切入及切出電網(wǎng)、限制輸出功率、檢測風(fēng)輪運(yùn)行期間中各種故障予以保護(hù)等。近幾年來我國風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)日趨成熟，即由定槳距恒速運(yùn)行技術(shù)向變槳距變速運(yùn)行技術(shù)轉(zhuǎn)變，基本達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo)[3]。從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組角度來看，以調(diào)節(jié)機(jī)組功率為核心技術(shù)之一，其調(diào)節(jié)方法可劃分為變槳距調(diào)節(jié)、定槳距失速調(diào)節(jié)及主動(dòng)失速度調(diào)節(jié)。目前我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本實(shí)現(xiàn)變槳距變速運(yùn)行，結(jié)合風(fēng)速風(fēng)向的變化情況基本實(shí)現(xiàn)脫網(wǎng)、并網(wǎng)及調(diào)向控制各個(gè)發(fā)電機(jī)組，充分發(fā)揮變距系統(tǒng)作用，控制機(jī)組轉(zhuǎn)速及功率。

2 風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1風(fēng)輪控制技術(shù)

為了提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，最大限度降低風(fēng)能獲取期間中各種能量消耗。從風(fēng)輪角度來看，其控制方面技術(shù)包含爬山搜索控制、功率信號(hào)反饋控制及葉尖速比控制。其中，爬山搜索控制適用于控制風(fēng)機(jī)功率點(diǎn)，其圖像與拋物線較為相似，以最大功率點(diǎn)為最高處，一旦確定當(dāng)前工作點(diǎn)位置后則適當(dāng)增加風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，改變系統(tǒng)輸出直流功率，而系統(tǒng)輸出直流功率上升后最高點(diǎn)位于拋物線左側(cè)，便于技術(shù)人員盡快找出最大功率點(diǎn)，確定風(fēng)輪最終轉(zhuǎn)速。功率信號(hào)反饋控制適用于控制風(fēng)輪功率信號(hào)，特別是風(fēng)輪運(yùn)行期間其功率隨著條件變化而改變，是功率信號(hào)反饋控制方法的核心原理。

同時(shí)，功率信號(hào)反饋控制主要通過分析功率關(guān)系繪制最大功率曲線等方法進(jìn)行后續(xù)操作，特別是具體實(shí)踐期間對(duì)比分析系統(tǒng)具體輸出功率及最大功率計(jì)算出二者最大差值，便于調(diào)整風(fēng)輪槳距，大大提高風(fēng)輪運(yùn)行效率，進(jìn)一步有效控制總體成本投入。通常情況下，風(fēng)力作用下風(fēng)輪風(fēng)葉尖端轉(zhuǎn)動(dòng)速度被稱為葉尖速，而葉尖速比指葉尖速與此時(shí)間段風(fēng)速的比值。與其他控制方法相比，葉尖速比控制方法主要通過控制葉尖速比值優(yōu)化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，綜合考慮風(fēng)速差異性計(jì)算出最為適宜的葉尖速比。此外，受短時(shí)間內(nèi)無法調(diào)節(jié)控制自然風(fēng)速度及風(fēng)力大小的影響，客觀上要求相關(guān)技術(shù)人員調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩控制風(fēng)輪最外邊緣的速度。

2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其電力電子變換器控制技術(shù)

由于風(fēng)力是風(fēng)力發(fā)電能量的主要來源且距離地面位置越高風(fēng)力越強(qiáng)勁，客觀上要求相關(guān)技術(shù)人員盡可能于高空進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化作業(yè)，不斷提高發(fā)電機(jī)及其相關(guān)設(shè)備的作業(yè)效率，控制所有設(shè)備的總體重量。例如：以永磁發(fā)電機(jī)為例具有運(yùn)行效率高及損耗小等鮮明特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。目前我國大多數(shù)地區(qū)實(shí)行模塊化風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)，能明顯控制總體生產(chǎn)成本支出。除此之外，控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)時(shí)往往選擇矢量控制法，基本實(shí)現(xiàn)解除交軸電流及直軸電流耦合的目標(biāo)，大大減輕系統(tǒng)功率因數(shù)的控制難度，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電的作業(yè)效率。

3 結(jié)語

通過本文探究，認(rèn)識(shí)到電力行業(yè)作為國家支柱型產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展情況與城市居民日常生產(chǎn)生活間存在著密切聯(lián)系，對(duì)推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展占據(jù)著極其重要的地位及作用。同時(shí)，即便近幾年來我國持續(xù)擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電的資金投入及技術(shù)投入，取得令人滿意的技術(shù)成果，但是仍存在著較多問題亟待解決。因此，地方政府及相關(guān)部門秉持具體問題具體分析的工作原則，通過崗位培訓(xùn)及知識(shí)宣教等方法幫助技術(shù)人員全面掌握風(fēng)力發(fā)電的工作原理及設(shè)備類型，靈活運(yùn)用各種控制技術(shù)手段，大大提高風(fēng)力發(fā)電效率，進(jìn)一步促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)水平進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[3]郭海濤.風(fēng)力發(fā)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)分析[J].民營科技，2016（04）：6.