关于新能源风力发电相关技术之研究李林

关于新能源风力发电相关技术之研究李林

李林

（中国三峡新能源有限公司西北分公司甘肃兰州730070）

摘要：新能源具有可再生的特点，不仅能量密度相对较低，而且开发利用空间非常大。尤其是新能源中的风能，它的蕴藏量非常大，约为水能的10倍左右，并且分布广泛，基本不会枯竭。风力发电是风能的主要利用形式，国家在最近几年加大了风电技术的研究力度，取得了一定的成绩。借此，重点对新能源风力发电相关技术展开研究。

关键词：新能源；风力发电；相关技术

1我国风力发电技术发展的现状

1.1我国风力发电的产能现状

我国地大物博，风场资源丰富，利用风能可发电量超过10亿千瓦，这些风力资源地区主要分布在地广人稀的地区，例如西北地区、华北、东北以及东南沿海部分地区。我国20世纪实现了对小型发电机的自主研发和批量生产，缓解和满足了农牧民和岛屿地区人们的用电需求。东部沿海地区风能资源丰富，目前许多重大的风力发电设备主要就建于东部沿海地区，很多风力发电设备建于重大的跨海大桥周边，其他主要分布于多风能的丘陵地区。当然，我国风电事业也不是一帆风顺的，前些年由于风电行业的无序发展导致一系列的问题，例如风机事故、弃风限电现象以及产能过剩等问题。之后国家要求各地区相关部门在审核风电项目时，要提交申请给国家能源局，有效地遏制了地方政府无限制风能资源开发，也解决了风能过剩的问题。近两年，部分经营不好实力较弱的风电企业退出市场，我国风电行业走向成熟化，并实现稳定发展的业态。

1.2目前的风力发电技术方面发展现状

我国目前的风力发电技术主要还是来源于西方先进国家，所以，我国的许多风力发电设备仍处于从国外购入阶段，缺少自主生产重要核心部件的能力。此外，我国风力发电技术单机容量日益增大；风力发电优势很多，虽然前期投入成本较高，但运营成本较低，市场化前景广阔。使沿海地区的可再生能源利用不断提高，降低了对于化石能源的依赖，减少了污染性气体的排放量。

2新能源风力发电的关键技术

2.1风功率预测技术

（1）按预测周期分类。按照预测周期的长短不同，可将风电功率预测分为以下几种方法：超短期、短期和中长期，其中，超短期可在风电的实时调度环节进行运用；短期预测可在机组组合以及备用安排方面进行应用；中长期预测可在检修及风资源评测中应用。（2）按预测模型分类。按照预测模型的不同，可将风电功率预测技术分为物理法、统计法以及组合模型三种。①物理法。该方法主要是依据气象结果，对风电场周围的天气情况进行模拟，根据预测到的相关信息，具体包括风向、风速、气压、空气密度等，构建预测模型，结合机组的功率曲线，对风电功率进行预测。由于风速的变化无任何规律可循，所以预测结果常常会存在一定的误差。②统计法。该方法是依托数学工具，找出现有与将要预测数据之间的函数关系，可将之视作为数据挖掘过程，从挖掘中发现规律，获得预测结果。应用统计法对风电功率进行预测时，需要以相应的算法作为支撑，常用的有两种，一种是时间序列算法，另一种是机械学习算法。③组合模型。由于各种预测方法都存在优点和不足，为获得更加准确的预测结果，可将不同的方法结合到一起应用，据此构建组合模型，通过取长补短的方式，提高预测结果的准确性。

2.2风电机组功率调节技术

对于整个风力发电系统而言，风力发电机的功率大小至关重要，由此使得功率调节成为不可或缺的关键技术之一。风力发电机组需要通过捕获风能，转换为机械能进行发电，由于受到机组上各个零部件的机械强度、容量等方面的限制，需要通过减少对风能的捕获使机组的功率始终保持在额定值附近，从而确保风力发电机的运行安全。在对风电机组的功率进行调节时，常用的控制技术有以下几种。

（1）定桨距失速控制技术。这种控制方式的基本原理是将螺距风机叶片与轮毂进行刚性固定连接，其特点是结构简单、性能稳定，唯一的不足是叶片顶角无法按照风速的变化情况进行实时调整。定桨距型风力机就是桨叶与轮毂的连接是无法改变的。当风速高于额定风速时，用失速特性，限制发电机的功率就是失速性。而失速特性是气流的攻角达到一定时，就会有涡流。失去调节型有许多优势，因为外界因素改变输出功率时，利用桨叶的被动失速调节不做任何控制，极大地简化了系统。但是它的叶片很重，有些部件所受的力有些大，所以风力发电机组的效率很低，也会造成重要的部件被损坏。

近年来，我国找到了一种新型风力发电系统，也就是变速恒频风力发电机组，它的很多性质都不受到外界影响。它同恒速风力发电机组比较，其优势是能在风速低时跟踪风速变化，在使用过程中可以更好的使叶尖速比达到适中，在风速比较快时，可以使机组正常地运作。前者用变桨距调节和励磁控制使得正常运作。在风机发电控制技术发展的进程中，输出功率比额定功率大时，机组就会利用风速来改变发电机的转差率，达到最优的叶尖速比。该机组的优点是使额定功率得以保证并且输出功率趋于稳定状态。

（2）变桨距控制技术。所谓的变桨距实质就是对桨距角进行调节，通过改变角度的大小，达到调节风电机组输出功率的目的。风电机组在运行的过程中，当输出功率小于额定功率时，在变桨距控制技术下，桨距角会保持在零度位置处不变，此时无须进行调节；如果受到一些外界因素的影响，导致输出功率超过额定功率，调节系统便会按照输出功率的变化情况，对桨距角的大小进行调整，从而使风电机组的输出功率维持在额定功率，此时的控制系统会参与调节，进而形成闭环控制。变桨距控制是一种主动型控制技术，该技术在风电机组中的运用，能够有效克服桨距被动失速调节的缺点。变桨距控制技术还具备如下优点：当风轮开始旋转后，较大的正桨距角能够产生较大的启动力矩，而在停机时，桨距角会维持在90°，由此可使风轮的空转速度达到最小。

2.3风电无功电压自动控制技术

该技术主要是由多个系统共同参与实现自动化控制的一种方法，具体包括风电无功电压自动控制子站及相关的监控系统等。其中子站可作为模块集成到综合监控系统中，也可采用外挂的方法使其独立运行，其负责对风电场内设备的无功电压运行状态进行监视，利用通信线路将调节设备的无功电压控制指令发给相应的监控系统。系统的控制方式有两种，一种是远方控制，另一种就地控制。在远控模式下，子站会自动对无功电压控制目标进行追踪，而在就地控制模式下，子站可按预先给定的并网点电压目标曲线进行控制。子站的运行及控制状态可以通过人工进行设置，同时，风电场内的各类控制设备可通过人工进行闭锁和解锁，设备的投退则可由系统自动控制。当电网处于稳定运行状态的条件下，子站能够对风电机组的无功调节能力进行充分利用，实现调节电压的目标，若是机组的无功调节能力不足，则会由动态无功补偿装置完成无功调节。此外，子站能够对风电机组与无功补偿状态进行协调，从而有效避免了无功的不合理流动。

结语

总之，我国作为一个能源消耗大国，站在时代的转折点上，风能技术发展对于我国长久发展具有重要作用，对于风能发电技术发展及其关键问题的研究迫在眉睫。针对目前风力发电技术发展面临的诸多问题，只有采取实事求是、具体问题具体分析的态度，才能抓住问题的主要方面，解决问题。在目前的形势下，国家只有制定相应的政策，鼓励风能发电技术的发展，优化风能发电的输电结构，加大对于风力发电的自主研发力度，加强对于风力发电安全问题的把控，通过能源政策推动风能发电市场化发展。将风能的利用率加以提升，减少对于化石燃料的依赖，减低污染性气体的排放，坚持走低碳环保路线，促进生态平衡。

参考文献

[1]寇小军.风力和太阳能光伏发电现状及发展趋势讨论[J].智能城市,2018,4(12):152-153.

[2]赵泓明.针对新时期新能源风力发电相关技术讨论分析[J].科技创新导报,2018,15(01):67+75.

[3]李军军,吴政球,谭勋琼,陈波.风力发电及其技术发展综述[J].电力建设,2011,32(08):64-72.