风力发电技术与功率控制策略陈喜军

风力发电技术与功率控制策略陈喜军

陈喜军

水电水利规划设计总院北京市100120

摘要：基于风力发展的优势背景，对风力发电技术进行了探究，并针对影响风力发电的因素进行了探究。风力发电要发挥出其针对独特优势，就必须保证风力发电有条不紊的进行。基于此，文章对影响风力发电机功率的因素进行了探究，一方面为了促进风力发电的不断发展；另一方面也是为了完善我国风力发电事业的建设。

关键词：风力发电；电气控制；功率控制

前言

能源在人类的发展历程中扮演着重要的角色，随着人类文明进程的不断挺进，能源实现了更加高能、更加高效、更加绿色、更加低碳的发展目标。风力发电理念自诞生的那一刻起就为被贴上了绿色、可持续利用、低碳耗的标签，基于风力发电的自身优势，人们都积极的在风能发电领域进行着不断探究。文章在探究风力发电发展的途径时，决定另辟其境，对影响风力发电机功率的因素进行分析统计，旨为能够在使用风力发电机时规避风力发电机可能出现的故障或者其他风险。

1风力发电和电气控制技术简介

风力发电就是把自然界的风能转换成电能，对于风能的利用其实很早就开始了，它是一种蕴量巨大、清洁环保的可以再生的能源，这对目前能源紧张、污染严重的的现状而言，是极其难得的，将其利用到发电过程中，不仅实现了资源节约的目的，还达到了环境保护的效果，因此颇受世界各国的重视，在我国也得到了较快的发展，但是风力发电最大的问题是它的可靠性还不是很强，这与风力发电受环境、气压、气温等自然条件的影响是分不开的，所以为了解决这一问题，将电气控制技术应用到风力发电中，利于提高发电的可靠性。电气控制技术将多个电气原件进行组合，借助其控制某个对象或某些对象，以使被控的设备在运行时能够更加安全、可靠。目前，这一技术在发电领域得到了较好的应用，使得发电的整个运行过程得到了较强的控制，成效十分显著。

2风力发电的功率曲线

要实现将影响风力发电因素全部找出的目的，就必须本着溯本求源的原则，探究影响风力发电功率的的脉络。文章探究影响风力发电功率因素时，明确风力发电曲线与发电量等概念。

首先，衡量机组风能转换能力，反映风能发电机组功率特性，是风力发电功率曲线的原始属性。基于风力发电机组在风力发电建设中的重要地位，所以在日常的风力建设中，考核一台风能发电设备是否满足实际发电需要时，最常使用的方法就是考核设备的风能发电功率曲线。结合实际经验，要客观的审核某一机型是否具备风力发电能力时，单纯的关注那些图表中的“风速—功率”对应值是不能满足客观评价某一机型风能发电能力的。

其次，客观的评价某一机型是否具备满足风力发电能力的要求，除了考核设备的风能发电功率曲线意外，还要根据风力发电现场的实际情况进行综合考虑。综合考虑风力发电现场的实际情况，分别从风力发电设备的机组控制策略和叶片气动特性两面下手。最后，风力机组的功率特性关键取决于叶片的气动特性和机组的控制策略。叶片的气动设计实际上是一个优化的结果，受其他条件限制，无法达到所有风速工况下效率均最好的目标。

3风力发电的现状

3.1风力发电系统的设备还不够完善

主要表现在很多风力发电系统在建设时，比较重视起核心功能的设备，而忽视了起辅助功能的设备，造成诸多功能作用得不到充分的发挥，影响其发电，同时也不利于电气控制作业。非线性模型复杂性极高，技术运用还不够成熟，电气控制工作受其阻碍，而线性模型虽已成熟，但工作范围和环境都有局限性，传统的电气控制技术满足不了风力发电的需求，对风力发电的持续发展不利。

3.2风力发电受外界因素的不利影响

一方面是自然因素，这是不可避免的，通常情况下，风力发电都会选择高出水平面的地理环境，提高风力发电的效果，但这也就使风力发电的运行会受大气压、温度、雷雨等自然因素的影响，这些自然因素变化较为极端，不但稳定性受影响，还会使发电设备受到损坏，另一方面是人为因素，风力发电电气控制工作需要工作人员有较强的专业能力和工作意识，因为这是一项复杂性和专业性较高的工作，工作人员素质达不到，操作要么违规，要么疏漏，不仅安全性能无法保证，还会直接导致故障问题，影响其发电。

4影响风力发电机功率的因素和控制方法

4.1输出功率对风力发电机功率的影响

虽然风速是影响风力发电机组输出功率的主要因素，但是在实际风力发电机组工作过程中，还是不能忽视气温、气压、扰动气流对风力发电机功率的影响。要理解气温、气压、扰动气流对风力发电机功率的影响，我们可以先把研究的目光放在桨距叶片功率曲线上。对桨距叶片功率曲线进行研究之后，笔者发现气温与空气密度和输出功率成反比的规律。

4.2叶尖扰流器对风力发电机功率的影响

当风力机正常运行时，在液压系统的作用下，叶尖扰流器与桨叶主体部分精密地合为一体，组成完整的桨叶，当风力机需要脱网停机时、液压系统按控制指令将扰流器释放并使之旋转，形成阻尼板，这一过程即为桨叶空气动力刹车。

4.3低温应用范围的局限性

低温应用范围的局限性，决定了低温应用不能受到高温应用的顺畅。在探究影响风力发电机功率的因素的过程中发现，风力发电机组受低温的影响是可能导致风力发电机功率变化的一个重要因素；在探究风力发电机组受低温的影响时发现，不同材质的低温元器件，受到的低温影响是不同的。将不同材质的元器件受低温的不同影响统计如下：采取适当的热处理方法，能显著提高材料多冲抗力，避免应力集中，表面冷作硬化和提高零件的表面加工质量等措施均能提高多冲载荷下的破断抗力。避免在低温情况下出现较大的冲击载荷是非常关键的，例如在风速较高时机组频繁投切启动，紧急制动等工况对机组的影响是非常不利的，应在设计上采取措施降低此类情况发生概率。

4.4风力发电场规模对风力发电机组功率的影响

互联电网是目前我国电力建设的一个积极方向，随着互联电网目标的不断实现，电网规模实现了不断扩张的目标。虽然电网建设的日益增大是目前我国电网建设的必然趋势，但是接入到较具规模电厂的风力发电厂还是少之又少。虽然风力发电具备绿色、高效、低碳等很多优点，但是目前我国的风能发电厂的发展，却还是不能肩负起为我国架构起全部电能输出的重任，其根本原因在于没有一个明确的风电注入功率标准。

4.5桨叶对风力发电机功率的影响

桨叶的失速性能是指它在最大升力系数CTMAX、附近的性能。当桨叶的安装角β不变，随着风速增加攻角i增大，升力系数CT线性增大；在接近CTMAX时，增加变缓；达到后CTMAX开始减小。另一方面，阻力系数初期不断增大；在升力开始减小时，阻力系数继续增大，这是由于气流在叶片上的分离随攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力激增，升力减少，造成叶片失速，从面限制了功率的增加。

5结语

风力发电是人类进步的标志，虽然目前风力发电本身由于还存在很多问题，所以不能实现全面覆盖整个电力系统发电的目的，但是随着人们对风力发电研究的不断深入，未来风力发电将在人类整个能源宝库中扮演着更加重要的角色。

参考文献：

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[4]王家坤．风力发电控制系统中现代信息化控制技术的应用策略［J］．中国高新技术企业，2017（10）：69-70.