风力发电机及风力发电控制技术

风力发电机及风力发电控制技术

李欣

身份证号：130722199306035115

摘要：进入新时期以来，我国社会经济得到了高速的发展的同时，对于能源的消耗量也在日益增加，因此，人们越来越重视可再生能源的开发与利用。风能具备开发潜力大、成本稳定可控且不会造成二次污染的自然能源。要想使风能充分发挥作用，那么就需要利用先进的技术手段，目前，我国风力发电技术得到了进一步的发展。其中风力发电控制系统是风力发电机的核心技术之一，想要使风力发电机具备更优的性能，就要结合风力发电机的具体需求对风力发电控制技术进行深入研究，从而推动我国风力发电产业的可持续发展。

关键词：风力发电机；风力发电；控制技术

当前，我国风力技术尚处在起步阶段，风力控制技术的研究与开发是促进风力技术优化与创新的关键。它的主要特征是：一、节能效果好。风力发电控制技术的作用是能够有效地减少发电过程中的能耗，确保风力发电能够得到更好的发展，避免由于管理不当而导致的资源浪费。二是能够有效地节省费用。从长期来看，风力发电在节能、环境保护等方面有很大的优点，但是前期投入巨大，而通过控制技术的应用，可以有效地降低风力的投入，从而促进风力发电的进一步发展。以及与之相关的工业。

1.风力发电机

风力技术是解决能源短缺问题的重要手段。风力以其特有的优越性受到了人们的广泛关注。在常规风力机组的制造中，一般都采用双电刷，采用的是感应式、同步式等串联方式，其转速大都接近于同步。采用定转速的方式，利用定桨间距的方式，有效地提高发电机的工作效率；同步发电机具有转速较低、轴径较小、发电电动机与电网相连、启动力矩较大等特点。风能涡轮已经得到了加强，并继续进行革新和改进。当前的新风机有：

(1)无刷双馈异步发电机具有结构简单、过载能力强、效率高、安全性好等优点，可以充分利用它的优点，改善普通双馈发电机的性能。过去的问题得到解决，并且显示出了实现一个异步阵列发生器的益处。

(2)PMSM的工作原理，主要是利用当前最先进的二极管取代电刷，使二者在相同的基座上有效地相连，并利用特殊的外部电枢结构，完成各种工作。由于 PMSM不需要添加任何的磁场设备，所以它在运行上有很大的优越性，是一种很有发展前景的新型 PMSM。

2.风力发电控制技术

2.1定桨距失速风力发电技术

定桨距风力发电机组在风力发电领域得到应用，该系统解决了以前的风力发电机存在的并网、运行安全与可靠方面的问题，主要利用空气制动技术、软并网技术、自动与偏行解缆技术，通过在安装时固定桨叶节距角，限制发电机的速度，并借助桨叶自身特点来限制发电机的输出功率。当风速超过额定转速时，桨叶能够凭借叶片特有的翼型结构，通过失速调节自动保持额定输出功率。在遇到大风时，流过叶片背风面的气流会出现絮流情况，使叶片气动效率降低，不利于能量的捕获，发生失速。因为失速是一个十分复杂的空气动力学过程，当遇到不稳定的风环境时，难以准确计算失速效应，所以该技术不适用于大型风力发电机的控制工作。

2.2 变桨距风力发电技术

基于空气动力学，若风速太快，可以通过调节桨叶节距，合理改变气流对叶片攻角，以此来改变风力发电机组，获得空气动力转矩，确保发电机输出功率的可靠性。利用变桨距调节方法，能够让风机输出功率曲线平滑。在风吹过时，相对于失速调节，地基、叶片及塔筒对风力发电机的影响更小。

2.3风电发电机的调功技术

风电机组功率调节是风力发电系统的一项重要的控制技术，它能使风力机对风力进行有效的调控，使风力机的输出性能达到最优。在风力的生产中，若超出了标称的价格，则会对各个组件的机械功率、发电机功率、电力电子设备的功率等造成一定的制约和影响。在这种情况中，有必要降低风力。停机，将风速维持在正常范围内时，可减缓风蚀，延长风机使用寿命。目前，可采用多种方法对风机进行调速，其中一种方法是连续变桨控制，该方法以固定间距的扇叶为主体，结构简单，工作可靠，但使用时叶尖角无法随风速变化而自动调节，导致风能利用率低下。特别是在风力不大的情况下，更是如此。另外一种是用来调节声音大小的。该调整方法能够有效地提升风力发电的效率，并使得风机的输出功率更为稳定，但是在具体使用时，必须对螺距角度的调整方式给予更多的关注，否则，其效率将不能得到最大程度的发挥。三是主动式停车控制.这种调整技术是基于刀片主动停止来实现的，使得调整更容易和更可靠。在风速小于额定值的情况下，可以按照风速的大小将装置分成几个阶段来控制。尽管其操作相对简便，但是其控制的准确度没有调高时那么高。

2.4变速恒频控制技术

在利用风能进行发电的时候，由于风速是不可控的因素，往往会对发电机的正常运行产生一定的影响，因此，在进行风力发电的时候要通过科学的风力发电技术来提升风机的发电效率，从而实现风能的充分利用。想要确保风力发电的电能质量，应从上网电压频率变化量和变化率这两个方面对风力发电的输出电压进行控制。通常可以利用双馈式发电机，它是根据实际情况并通过变频器先对励磁想为和复值来进行处理控制的，然后在对电流频率进行有效控制，通过对变化量以及变化率的有效处理控制，从而实现有效的恒频控制。

2.5模糊控制技术

风力发电控制技术中的模糊控制技术是一种智能化的控制技术，这项技术实现了自动化、智能化控制。它的特点是借助智能软件对相关的经验、处理方式以及人类的思维模式进行模拟，使之能自动处理一些问题，可以根据风力以及风向的变化，做出相应的反应。在风力发电机中应用模糊控制技术，能够对发电机的转速、鲁棒性、最大功率以及最大风能采集等进行有效控制。如在笼式异步发电机中应用模糊控制技术，不仅能够对模糊控制参数进行合理的设置，提高跟踪装置的性能，还能对发电机的功率进行有效控制，并精准计算出光负载流量，进而使发电机逆变器的效率得到进一步优化。

2.6神经网络控制技术

在对风力发电机进行控制时，可以通过人工神经网络控制技术高效的学习能力、丰富的非线性模型控制机制以及自收敛的优势来为发电机自适应过程提供帮助，从而取得良好的控制效果。神经网络控制技术的工作原理是通过监测风速大小对风速的变化进行有效预测，从而及时做出应对反应。将神经网络控制技术应用于变浆距风力发电系统中，通过在线学习并调整修改特性曲线，能够在捕获更多风能的同时降低设备负载力矩，通过风力、风速发电机的动态特征，来建立自适应控制模型。目前来看，数据的机器学习已经成为智能技术发展的重要方向，研究从观测数据出发寻找规律，做好科学预测并对进行控制，从而确保风能的高效利用。

2.7滑膜变结构控制技术

滑膜变结构控制技术是一种特殊的非线型系统，它的特点是高效性、可变性和不固定性。一般情况下，风力发电机在运行的过程中容易受到外部风向的影响，导致无法建立精准的数学模型进行控制。滑膜变结构控制技术能够有效解决这一问题，在风力发电机运行时应用滑膜变结构控制技术，它能够在特定空间内运动，所以系统不会因为风向的变化而受到影响，而且这一技术的操作简单，响应速度较快，能够使风力发电系统运行的更加稳定。

结束语：

在我国目前的电力系统中，风力发电已经占据了很大的比重。电力产业与人民生活密切相关。大力发展电力生产，需要更多的努力，更多的投资。风力发电行业的发展，对生产性和消费性的提高起到了积极的推动作用。近几年，随着我国加强对风能的投入程度，风能发展也取得很大的进展。因为风能拥有容易获得、成本低的特性，风能在各个领域均取得了大力发展。随着风能发电技术的进一步发展和广泛应用，风能发电将成为我国经济社会发展的重要部分。

参考文献：

[1] 王卫卫. 风力发电机及风力发电控制技术探究[J]. 轻松学电脑, 2021, 000(002):P.1-1.

[2] 石嵩磊. 风力发电机及风力发电控制技术试析[J]. 中国科技期刊数据库 工业A, 2021(10):3.