风力发电的调频技术研究综述

风力发电的调频技术研究综述

  任立朋

华能新能源股份有限公司蒙东分公司 内蒙古 通辽市 028000

摘要：风力发电是指将风的动能转化为电能，它的原理是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发 电是一种清洁、无污染的发电模式。如今，风力发电作为可再生能源之一，越来越受到世界各国的重视。为解决能源危机问 题，一些国家正在大力提倡太阳能发电、风力发电等新能源。风力发电依靠大自然的力量向人们供电，没有燃料问题，也不 会产生辐射或空气污染，已经成为研究人员们的重点研究课题。风力发电模式和其他发电模式有所不一样，所以寻找更加有 效的发电调频技术就显得意义重大。

关键词：风力发电；风力发电调频技术；储能；未来研究

一、 风力发电的调频技术

1.1 转子超速控制方式

转子超速控制的关键是如何在转子超速转动时对其进 行有效控制，这也是工作中的难点和重点。在实践中一般会 保留一部分风机运行速率以作为备用，用来作为一次频率调 节。所以，对转子超速控制集中在一次频率调节响应速度上， 响应的速度越慢，对风机的影响就越大，响应的速度越快， 则对风机的影响就相对较小。转子超速的适用范围也有局限 性，在超速控制过程中有一些盲区是无法进行有效控制的， 这就要求风机转速要控制在一个合理的范围内。但转子超速 不受时间限制，能够在大多数时间里工作，这在一定程度上 减少了风力发电的经济损失。

1.2 转子惯性控制方式

风力发电机可以分为两种类型：一种是变速型，另一种 是定速型。定速型在以前用的比较多，但是由于其容量小、 贡献少，不能满足现在风电发展的需求，逐渐被淘汰掉了。 变速型风力发电机又可分为两种类型：直驱型风机和双馈型 风机。直驱型风机的波动范围比双馈型风机的波动范围大， 灵活性不是很强，在控制上有所缺陷。所以，在实际应用中 要突破技术难关，使其更好的被利用。而变速型风机和直驱 型风机不一样，它具有很大的控制灵活性，可以通过调整控 制策略和控制目标使机组根据系统频率变化做出主动响应， 具备和传统类似的调频能力和惯性响应。

转子惯性控制是风力发电机组运行过程中，通过改变给 定电流机组转子侧变流器，控制转子速度变化时吸收或释放 风力发电机组旋转质体所存储的一些动能，对系统频率的短 时变化做出响应，提供和传统机组相似的转动惯量。虽然风 力发电机组通过转子惯性的控制能够提供和传统机组相似 的虚拟惯量支撑，但是还存在美中不足问题：由于风速的自 然属性，很难保证风电机组提供的惯性响应容量的可信度， 增加了系统的复杂性和不稳定性；在惯性响应后，转子转速 还原过程中会释放或吸收能量，很容易造成系统频率的不定 性变化；在风速高和系统频率低的状态下很难通过提高转子 转速以降低机组输出功率，在风速低和系统频率下降的情况 下很难通过降低转子转速增加机组功率输出。

1.3 变桨控制方式

风机桨叶距离上的夹角是在变桨距控制的过程中显现 出来的。变桨控制的最突出优点是运行在最大功率范围内的 情况下还可以保留一些容量供自身调节。风向和风力具有流 动性，对桨距角的大小有约束作用。桨距角大，要备用的有 功功率就越多，实际上捕获的风能就会减少。桨距角的大小 关系到风力功率的有效控制。所以在实际中要注重桨距角的 调节能力，使其更有效地控制风能的捕获量。值得一提的是， 不能盲目对桨距角进行频繁调节，这样不但得不到预期效果， 反而会产生负面影响，对风力发电机组造成磨损，缩短设备 的使用寿命，增加维修费用和折旧损失，进而影响风力发电的经济效率。

二、调频技术的经济效益分析   2.1节能效果显著   矿山风机选型设计时，用户、设计院及制厂均留有较大的裕度。用户实际需要的风量，经常在设计流量的80%以下。假如实际需要的流量为额定流量的80%，采用变频调速时消耗的能量只有不调速时的51%，节能49%，比用矿风机挡板调节可节能37%左右。   2.2功率因数高   目前诵用弯频器普遍采用PWM（脉宽调制）控制，功率因数均在0.9以上。近几年推出的直接转矩控制的变频器，功率因数为0.95一0.970过去为提高功率因数采用同步电动机驱动的方案，现在可以用简单的笼型异步电动机加变频器的方案代替，价格并不比同步电动机及其励磁装置高，还可以收到节能、减少维护费及减少维修时间的效果。   2.3使用功能完善   生产工艺流程对矿山风机调节提出的任何要求，变频器都可以实现。除可以实现常规的开、闭环控制外，对重要矿山风机的停电自动保护和矿山风机特有的喘振保护，变频器本身都可以轻易地实现。   2.4保护功能齐全   对电网、变频器本身及电动机的各种故障和异常，都有完善的保护。自动诊断系统可自动报警并给出故障的原因，从而确保机组的安全运行。   2.5可靠性高   可靠性高不单指笼型异步电动机结构简单、坚固及易维护；变频保护功能齐全，可避免损坏。更重要的是体现在变频技术的进步，确保调速系统的可靠运行上。高速实时检测电网、变频器和电动机的运行状态，对负载或电源干扰引起的状态变化做出迅速反应，使调速系统始终保持正常运行，并自动寻优。

三、风力发电调频技术的发展前景   3.1中压变流器拓扑功率不断增大。根据近年的不断研究，为了使风力资源的成本降低和转换风力资源的效率，风力的涡轮发电机的发电功率得到了飞快的增长。器件的额定功率不断的得到提高，而且开关和导通也逐渐的改善，所以多电平变流器所具有的优点会不断的被人类所挖掘出来。风力发电的系统优劣是由开关损耗的导通损耗和比率所决定的，即使在工作中多电平变流器的导通受到较高的损害，但是它的开关频率却是十分的低，所以说它的开关损耗也会随之变得十分低。   3.2 风力电场的具有的储能技术。风力电场可以很好的使风力发电在技术和经济上具有很强的吸引力，储能系统对维持电压频率具有很重要的作用，它不仅可以在15min之内为海量储能，还可以在很短的时间之内吸收和注入一定的能量。在整个风力发电的系统中包含了许多种的储能系统。关系到风力发电技术的蓄电池的储能系统，液态蓄电池是最好的蓄电系统，因为它可以很好的提供单位储能和送点成本的最佳状态，和之前的蓄电系统进行比较，液态蓄电池系统的优势主要是很好的使澳和锌两种化学材料之间发生的化学反应结合起来，这样的蓄电池可以很好的使能量密度高于铅酸的蓄电池系统。   3.3 海上的风力发电。风力涡轮的发电技术将不断的朝着离岸的趋势发展，因为海上的风能资源是十分丰富的，在海水较浅的地方可以安装风力的涡轮发电机进行发电，最重要的是，在离岸安装涡轮发电机，发电所产生的能量非常巨大，可以多出在陆上的涡轮发电机能量的一倍左右。用传统的空气流通的热量可以很好的使输电系统得到调节，进而解决电阀和风电场的相连，在高压直流把输电连接到电网和电场组织的时候，电同时被运送到了负载中心。

结束语：   风电发电技术正处于蓬勃的发展当中，而其中的调频技术也越来越成为风电发展的关键，国家也越来越需要风电具有传统电源的功能，从而保障电力系统的安全稳定。在风力发电技术的进步中，频率调节技术显得尤为重要，需要进行全面的整改和完善。相关的专家应结合目前的几种控制方式，不断地加以调节和完善，克服它们所存在的缺陷以及运行的条件限制，从而使风力发电得以良性有效地发展。 参考文献 [1]黄建峰．全球风力发电的现状及展望[J]．科技资讯，2017（23）：116-117。 [2]方永，胡明辅．风力发电的现状与进展[J]．可再生能源，2015，4（3）：58-60。 [3]刘彦东．风力发电现状及对策[J]．内蒙古石油化工，2017，5（2）：74-75。 [4]谷俊和．风电接入对系统频率影响及风电调频技术综述[J]．现代电力，2015，2（1）：46-51。

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