控制技术在风力发电系统中的应用

摘要：风力发电作为新能源发电，其应用方向和发展前景非常广阔，大型风力涡轮机可以有效地提高风力发电的效率，将广泛应用于风力发电行业，和风力发电技术的研究将成为世界新能源发展的重点。可见，能源格局正在从一次性能源体系向以可再生能源为基础的可持续能源体系转变，风电具有广阔的发展前景。利用可再生能源可以帮助人类文明获得可持续发展，是人与自然和谐共处的重要方向。

关键词：控制技术;风力发电系统;应用

一、风力发电

1.风力发电的特点

风力发电是利用风力发电。风力涡轮机将风能转化为机械能，再转化为电能，因此风力涡轮机和发电机是风力涡轮机最关键的组成部分。风轮在风的作用下旋转，将风的动能转化为风轮轴的机械能。所述风轮转轴与发电机转轴连接，发电机在风轮轴的驱动下旋转发电。目前，用于风力发电的风力涡轮机的风能利用率最高可达60%左右，而一般风电场使用的现代风力涡轮机的效率仅为40%。由于风速不稳定且不断变化，在野外运行的风力涡轮机往往面临恶劣的自然环境，这导致风力涡轮机的运行比其他工业涡轮机更加困难。中国风机的使用寿命一般在20年左右，在世界工业中处于较高水平，能够承受大部分恶劣的自然条件，因此利用率非常高。

2.风力发电的发展

风能作为一种绿色环保资源，本身具有优良的环保效益，可以改善新能源的构成。风力发电与其他发电形式相比，具有许多显著的优势，如风力发电机组与火电机组相比，两者在运行条件相同的前提下，使用风力发电可以显著减少有害气体的排放，将具有更突出的环保价值。

风力发电机最早起源于丹麦，并在世界范围内得到广泛普及。发展的速度非常快。据欧洲协会统计，到2030年，风电技术将成为世界能源输出的重要方式，对人类文明的发展将做出越来越多的贡献。它不仅可以最大程度地减少尾气排放，还可以缓解人类文明发展中的用电量压力。中国风力发电的前景也值得期待。对于中国来说，风能资源非常丰富，中国陆上风能可开发高达250GW，海上风能资源将更加丰富。以西北地区为例，西北地区具有天然风场的优势，通过合理开发利用，将为中国经济和民生建设带来新的机遇。而中国也在不断追赶发达国家的发展步伐，在多个地区建立了风电系统。目前，从发展速度来看，中国沿海地区和高原地区的风力发电发展最快，其中新疆、广东和内蒙古最为突出，也是风力发电使用最多的地区。

二、风力发电机组分析

1.风力发电机组的结构

目前世界上风力机采用的结构形式是三叶片与轮毂的刚性对接结构，称为定距风力机。结构，1.5 ～ 2.5 m的顶端的叶片设计的叶尖涡设备控制功能，当风力涡轮机的网络停机时间，翼尖涡流设备可以手动或自动装置的控制下的转变，到90年，国土安全部旋转阻尼板，帮助风力涡轮机减速。这部分的作用是起到制动器的作用，所以称之为气动制动器。

2.风力发电机组的部件

目前最新的技术所呈现出的风力发电机组机型包含三种类型，分别是定桨距失速型机组、全桨叶变距型机组以及基于变速恒频技术的变速型机组。三种基础类型虽然有所不同，但是都采用三叶片和水平轴的叶轮结构。布局上一般会安放在上风向位置，风车舱内的机械结构需要按照轴线的位置来进行逐一的设计。微型处理器作为整个风力发电机组中的控制核心，发挥着最为重要的功能。其中定桨距失速型机组和变速型机组所使用的是晶闸管恒流软切入技术，发电机使用的是双速型异步电机。定桨距失速型机组气动刹车使用的是叶尖扰流器，而旋桨叶变距型机组则使用的是叶尖气动刹车制动系统以及变距系统，同时引入了液压技术。具体而言，风力发电机组中所使用的主要部件包括叶轮、齿轮箱、发电机、偏航系统、刹车系统等。

三、风力发电机组的控制

1.定桨距控制技术

定距控制技术要求叶片固定在风力发电设备的轮毂上。如果叶片失速，可以控制最大功率，达到控制风力发电质量的目的。这就是定螺距风力发电机的工作原理。这种技术来自丹麦风力涡轮机技术，使用叶片翼型失速理论，可以使气流攻角在额定风速，促进机械设备达到特定值，涡可以出现在叶片表面，并能降低效率，以达到限制权力的目的。桨距控制技术已被世界上许多先进的制造商采用，生产出许多大型风力机设备，在业内的利用率高达70%。

2.变桨距控制技术

变桨距控制技术具有变桨距风力机调节功能，通过改变叶片的纵轴来实现。维斯塔斯风力涡轮机可以在这一领域进行研究。该技术的调整阶段分为三个阶段：（1）第一个阶段是开机运行。变桨距风电机组的风力机如果正处于运行状态，对于定桨叶节距角计算将逐渐展开，此时需要将节距角进行调整，如果已经达到了0.5倍额定转速，则需要全面调整节距角，使其处于合适的角度位置，这样才能够使风力机处于可控的转速状态，完成并网发电功能。（2）进入到第二阶段，此时风速低于额定风速，其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以优化功率输出。（3）进入到第三阶段，功率如果能够与额定功率保持一致，系统将逐渐开始稳定的运行，这个时候要对输出功率进行调节，如果输出功率大于额定功率，则需要对桨叶节距角进行调整。一般而言，如果风力发电机组容量超过了750kW则可以使用变桨距调节技术，如果不足750kW，则可以使用定桨距失速调节技术。

结束语

风能作为一种可再生的清洁能源，在使用过程中对自然环境几乎没有污染，而风能又是取之不尽、用之不竭的，因此受到了社会各界的广泛关注。在当前经济发展形势下，许多国家都出台了一系列政策来推动风能产业的发展，以缓解能源压力，并提供足够的技术、经济和制度支持，为技术和相关市场的发展提供许多便利条件。随着风力发电技术的不断推广和应用，以及人类文明发展过程中环境保护的压力越来越大，风力发电将成为未来一些地区甚至一些国家的主要能源。风能将成为促进中国发展的关键资源类型。因此，研究和分析风能问题，探讨风能发电技术具有重要的意义。

参考文献：

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