风力发电电气控制技术及应用浅析

风力发电电气控制技术及应用浅析

曹瑛 ,安文婷

国家电投集团新疆能源化工额敏有限责任公司   834300

摘要：随着我国经济的高速发展，人们对于生活的质量要求越来越高，对能源的需求也在不断增加。为了更好满足社会发展对能源的需求，我国特别注重对各类能源生产技术进行研发，以期能够有效改变能源供应环境。风力发电已经成为我国电力能源技术中的重要组成部分，但因为风力发电存在一定的特殊性，风力发电厂是否能够稳定运行，与电气控制技术存在较大的关联。对此，本文从我国风力发电现状出发，阐述了风力发电电气控制技术，并详细分析了该技术的应用。

关键词：风力发电；电气控制技术；应用

引言

随着经济发展，我国对能源短缺问题愈发突显，而风力发电是清洁可再生能源之一受到关注。但是由于目前技术上的不成熟以及生产成本较高等因素，导致目前国内大部分城市中普遍存在着风力发电机组无人值守、停电等情况发生，且无法及时检修或更换发电机。部分偏远地区电网供热不足也造成了大量电能损失，给风力发电企业发展造成巨大阻碍。因此，本文对风力发电机组电气控制系统进行相应分析。

1系统原理

1.1风力发电机组电气控制系统组成

风电机组中的关键设备，主要由齿轮箱、发电机转子和叶轮等部分组成。齿轮箱、发电机转子两者之间用螺栓进行联结，将电能转化为机械能，使其运转正常工作运行。三相交流异步电动机则作为功率变换装置来驱动压缩机或变频电机运作，以满足不同的负荷要求，从而达到调节风电机组电气控制系统中负载比例、提高系统效率和改善节能性等目的。

1.2风力发电机组

风力发电机组是一种利用风轮驱动的设备，主要由发电机、齿轮箱和逆变器等部分构成。其中电力电子系统作为核心部件来工作，在整个风力发电系统中扮演着重要角色。

2风力发电机组电气控制系统分析

2.1运行方式及特点

风力发电机组系统的运行方式是风力涡轮机。风力涡轮机的效率高、运行平稳、维护成本低，所以被广泛使用。其运行的原理主要分为两部分：一是风轮桨距和叶尖与发电机输出轴连接处相连接；二是转子绕组、定子断路器等部件之间相连。风力发电机组的运行特点是：风轮转速高、叶尖与发电机接触不牢固、转子转动时振动幅度大、容易发生机械磨损。另外由于单机容量很大和风速变化快等原因，导致其故障率较高，所以对风力机进行检修分析非常重要。

2.2风力发电机组变压器

由风轮叶片、叶轮流身、离心架及导流板等部件组成，其中风力涡轮发电机又被称为变桨距，其主要工作原理为：首先通过降压变压器将电网中的低电压转化成额定功率或提高转速；然后升压塔降低了风速并且使之保持在一定范围内。

3电气控制技术在风力发电中的应用

3.1变桨距发电技术

风力发电的过程中，如果发电主机的功率存在不足，就会对发电效率及质量产生不利影响，进而降低风力资源的利用率，最终影响风力发电的效果。所以，要对风力发电机组运行中的相关风速功率进行有效控制。在这一过程中，可以使用变桨距发电技术，对上述存在的问题进行较好的应对，借助桨距角度的变化，使相关的机组设备在具有较高风速时也能够对发电进行良好的控制，进而使风力资源得到更加充分的利用。另外，由于科技的不断发展，我国在制造风力发电扇叶的过程中，使用的有关材料质量有明显的提升，重量有所降低，在这样的情况下，相关设备整体的重量有了一定程度的减轻，降低了冲击荷载。将变桨距发电控制技术应用其中，能够使设备运行故障发生几率下降，从而实现对风力发电的有效控制。但是，这一控制技术的使用，虽然能够在一定程度上提升风力资源利用率，但在稳定性方面还有待进一步提升，且投入的有关资源较多，在物力和人力方面需要较大的消耗，该技术需要进一步优化。

3.2定桨距发电技术

这一发电控制技术使得新型发电和传统发电技术有了良好的结合，可以使风力发电系统在运行中保持可靠的质量标准，系统整体的稳定性更高。在进行发电的过程中，相关的机组设备需要完成并网后开展工作，这就对发电机组设备提出了更高的要求，在稳定性方面有更可靠的保障。使用定桨距发电控制技术，实际是借助叶片复杂的构造，相关人员在操作时有效控制发电机组设备的功率。然而因为叶片具有较大的体积和重量，在实际的发电过程中，会产生较多的无用功，这样对发电机组整体的运行效率产生不利的影响。这一技术在使用时，需要具备一定的前提条件，适用具有较低的风力等级环境。如果机组所在区域有较高等级的风力，就需要考虑其他的发电控制技术。同时，有关的专业人员也要注意对各类风力等级环境下适用的技术加大研发力度，进而使技术的适用性更高。

3.3变速风力发电技术

简单理解，这一技术就是改变原有发电机恒速运动，在风速发生变化时，风力发电机组的状态也会出现改变，这样就能够依照风速的大小实时调节发电系统运行中各类设备的运行状态，以此获取恒定的发电频率。如果遇到较大的风速，发电的效率和质量都会因功率问题受到影响，为了尽可能避免这一问题产生的影响，需要对风轮转速的有关指标进行调节控制。如果遇到较小的风速时，就需要尽可能多地获取风能，从而保证输出功率的稳定性。需要注意的是，由于地区的不同，风速大小以及变化规律方面都存在相应的差异，加强对电气控制技术的研究，会对风力发电效能的提升起到良好的帮助。在变速风力发电控制技术中，涉及到的电气控制技术类型主要有：交流励磁双馈型、永磁发电机类型、笼型异步发电机类型、磁场调制型及无刷双馈发电机类型等。这些控制技术最主要的就是提高风能的转化效率。另外，还能够独立调节输出功率和无功功率，变桨距的调节也更加便捷，不过在转速运行方面仍然具有较大的范围，可以使发电机组的运行功率质量得到有效提升。

3.4无功功率补偿及谐波消除技术

因为风力发电过程中，受风速大小及风向等因素的影响，发电机组设备运行中会存在无功消耗，所以，需要开展无功功率补偿。由于部分元件的影响，发电系统中出现部分无功功率消耗，电压在经过这部分元件时，由于只存在无功功率消耗，所以这些元件两边电压没有发生变化。然而，如果具有较高的电压，在通过这部分元件时，就会使其产生损害。这样的情况下，就需要依照具体情况，使用无功功率补偿技术进行控制，对谐波作用进行抑制。另外，在风力发电的过程中，因为存在谐波，所以，整体的电能质量较低，电压和频率同时也会受到一定的影响，这样无功和有功功率之间的平衡性被打破，因此需要对谐波进行有效控制。具体来讲，谐波的存在对风能发电产生阻碍，会使发电机组设备的铁质和铜质发生损坏，在发电机内部形成超同步谐振情况。并且，有关的电力设备运行会发生热故障，对发电系统整体的运行安全稳定性产生阻碍。

结束语

风力发电是一种清洁的新能源，可以不造成环境污染的运行发电。风能作为一种清洁无害的资源具有巨大发展潜力。随着风力发电机组装机容量和单机容量不断加大，对电网运行稳定性及故障处理等方面要求越来越严格。为了能够有效提升风力资源的利用率，使发电过程能够更加稳定可靠，就需要从风力发电电气控制技术入手，对发电过程进行优化，进而使发电系统整体的效能得以强化，这样才能更好凸显其经济价值与社会效益。

参考文献

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