新时期新能源风力发电相关技术分析

新时期新能源风力发电相关技术分析

许红琪  季洋阳

三峡新能源海上风电运维江苏有限公司   224631

摘要：随着经济状况的持续进步，我们可以观察到社会的总体能源使用量也在不断上升。当前我国正处于工业化与城镇化加速推进阶段，对资源需求量巨大。在新时代背景下，如何有效缓解能源短缺、提高新能源的使用效率以及减少自然资源的消耗，已经成为社会发展所面对的核心挑战。

关键词：新时期；新能源风力发电；相关技术

1风力发电基本原理解析

风力发电主要涉及在有效地将风能转换为机械能的基础上，进一步将机械能转化为电能的过程。其中，最常见且应用最为广泛的形式就是通过风力发电机实现对风能的转换。在实际操作中，风车的扇叶在风的驱动下进行旋转，并通过增速机来提高扇叶的旋转速率，从而帮助发电机完成发电任务。此外，通过对风力的收集、转换以及利用等环节来实现能源的转化与利用。当风力作用于桨叶时，它会产生气动力，进而驱动风轮旋转。在相应的控制系统的调控下，发电机会产生恒定的转速，最后，机械能被转换为电力，并被输送至电网。

2风力发电相关技术分析

2.1风功率预测技术

（1）按预测周期分类。超短期预测可以用来确定风机出力及风电场接入系统后对电网运行产生的影响。根据预测周期的差异，风功率的预测方法包括了超短期、短期和中长期的预测技术。在实际操作中，超短期的预测技术主要用于风电的即时调度任务；在电网规划过程中，中长期的预测数据可用于评估风电场的选址以及风机的输出能力等关键问题。在机组组合和备用资源调度过程中，通常会采用短期的预测方法；在进行系统的维护和风能资源的评估时，通常会使用中到长期的预测技术。

（2）按预测模型分类。随着科学技术水平的不断提升，我国逐渐开始重视智能安防系统的研究与建设。考虑到预测模型之间的不同，风电功率的预测手段涵盖了物理方法、统计方法以及组合模型方法。物理法主要是利用相关的设备来模拟风电场周边的天气状况，从而获取风电场附近的风的方向、速度、气压和空气密度等关键参数，并据此构建风电功率的预测模型；模拟退火法在计算过程中需耗费大量的运算时间，因此采用模拟退火法作为基础建立基于神经网络技术的综合功率预测系统。统计法则依赖于相关的数学函数公式来揭示现有数据与预测数据之间的数学联系。通过深度探讨这两者之间的联系，我们能够对结果做出预测。在实际的应用场景中，统计方法主要是基于时间序列算法和机械学习算法这两大数学手段；组合模型法不仅仅是一个具体的预测手段，它实际上是对其他功率预测技术的融合和整合，旨在创建一个更接近实际需求的预测模型，并充分利用各种预测技术的长处，从而得到更为准确的预测成果。

2.2风电机组功率调节技术

在一定层面上，风能密度达到一定水平时，风力发电机的功率输出将直接决定风力发电系统的电力供应能力。随着科学技术和经济水平的发展，人们对风力发电的需求越来越高，而目前的风电机组由于其自身存在一定局限性，无法满足社会发展需要。因此，在风能发电系统中，功率调节技术的运用显得尤为关键。本文对目前国内外常见的几种风力发电机组进行了介绍和分析，并针对每种类型的风力发电机分别提出了相应的功率控制方法及控制策略。当风力在发电机组所处的环境中相对较弱时，应努力增强风力发电机组对风的捕捉能力，从而进一步提升风电机组的发电效率；当发电机所在的位置处风速较大时，则需减小发电机输出电流，以避免由于风机输出功率过大导致对电网造成冲击，影响到整个电力系统运行的安全性及稳定性。因此，为了更好地实现对风力发电机组进行控制，必须研究风电机组在不同风速下所采用的控制策略，从而确保整个风电场的高效运行。风电机组的功率调整技术主要分为两大类。

（1）定桨距失速控制技术

这样就能保证风力发电机组在不同工况下都有一个相对平稳的转速输出，从而避免了因为风轮偏航而造成发电机功率下降甚至损坏等问题的出现。这项技术的主要应用是将螺距风机的叶片和轮毂稳固地固定在一个具有充分刚度的基础之上，并通过焊接技术将它们紧密连接。因此，应用该技术可以使风力发电机的功率得到充分利用，从而提高了系统效率。采用定桨距失速控制技术可以简化整个系统的结构，并确保风电机组的稳定运行。这种技术的一个显著优点是，涡轮机的输出功率可以根据环境中的风速变化而做出相应的调整。然而，风机的叶片因焊接而死，这使得它无法根据实际风速的波动进行实时调整，并且采用这种技术很难达到高的风能使用效率。

（2）变桨距控制技术

由于风速和风向等因素对风能转换过程影响很大，所以变桨距技术也被广泛应用于大型风电场。变桨距控制技术的核心思想是通过调整桨距的角度来达到调整风电机组输出功率的目的。当风电机组处于额定风速以上时，由于空气动力效应和风能本身特性等原因，使得风力机输出的有功功率小于电网对其供电容量需求时，就需要进行变桨距控制。在实际操作中，当风能发电系统的输出功率低于规定的额定功率时，桨距角将始终保持在零度的状态，而输出功率主要受到外部环境风力的影响。由于风能自身特性的影响，变桨距技术能够提高风轮机转速和风速之间的匹配性，进而有效地抑制了桨叶与机舱连接处出现疲劳破坏现象。变桨距控制技术属于主动型的控制方法，它具有实现系统闭环控制的能力，并在防止桨距失速方面发挥着至关重要的角色。

2.3无功电压自动控制技术

无功电压的自动控制技术主要被运用在无功电压的自动控制子系统及其相关的监控系统中。目前我国正在大力发展以海上风机为主的清洁能源产业，并将其作为国家战略性新兴产业进行培育与扶持。在整个无功电压控制系统中，无功电压自动控制子系统占据了至关重要的位置，它具备对风电机组进行远程操控和实时监控的能力。监控系统则实现了对风电场内的有功功率、无功功率以及功率因数等数据进行实时监测和记录，并将这些参数传输给控制器进行分析处理。自动控制子系统不仅能够作为一个单独的功能单元独立运行，还能与监控系统进行集成。在风力发电技术日益成熟的今天，该系统已成为了一种不可或缺的手段。它的主要职责是监测风电场中的无功电压情况，并通过通讯系统发出相应的无功电压调整指令。该子系统由自动调压控制器、低压无功补偿装置等构成。辅助监控系统的主要职责是对控制系统进行全面的管理和保养，其核心任务是对风电机组的工作状况进行监控和管理。本文介绍了风电系统中无功电压自动控制系统的结构及工作原理，分析了该系统的控制策略和技术特点。在风力发电系统稳定运作的情况下，各个子系统都能展现出优越的无功调整性能，从而实现电压的稳定维护；反之，若电网出现故障时，控制系统就会失去对风机和发电机的控制能力，此时需要采用智能调控方式才能保证系统正常工作。当机组不能有效地调整无功功率时，可以考虑使用动态无功补偿设备来进行相应的无功调整。除此之外，子站还具备自动调整风电机组和无功补偿状态的能力，从而确保无功功率得到适当的补偿。

结束语：总结来说，在新时代的大背景之下，风能作为一种新型能源的显著代表，其在合理使用方面已经吸引了社会各个层面的普遍关注。随着科技研究和应用的持续进步，风电技术经历了迅猛的增长，并在某些边远地区获得了显著的社会回报。与此同时，在实际应用过程中也存在着一定缺陷和不足，需要引起高度重视，以确保其能够充分发挥自身优势作用，促进风力发电事业的长远稳定发展。展望未来，随着社会和时代的进步，相关的技术专家仍需努力克服各种限制，持续深化风电技术的研究，以推动我国新能源行业的持续健康发展。

参考文献：

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[2]赵东海.风力发电技术的应用现状与展望[J].光源与照明,2022(11).

[3]李宁.风力发电技术与功率控制策略[J].新能源科技,2022(11).

[4]曲文浩.风力发电技术探讨[J].光源与照明,2021(09).