新能源風力發(fā)電及其功率控制探討

新能源風力發(fā)電及其功率控制探討

Summary：風力發(fā)電是新興發(fā)電方式的一種，發(fā)電過程綠色經(jīng)濟，符合我國綠色發(fā)展戰(zhàn)略。伴隨全球各項資源的緊缺形勢，新能源開發(fā)與利用得到廣泛關(guān)注。風力發(fā)電技術(shù)在這一背景下應運而生。目前風力發(fā)電的主流是變速恒頻風力發(fā)電機，變速恒頻直驅(qū)永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)具有穩(wěn)定性優(yōu)勢。使用直驅(qū)永磁發(fā)電機系統(tǒng)同時也提高了整體系統(tǒng)的可靠性，滿足低壓穿越要求。風力發(fā)電在我國的應用規(guī)模也日益擴張，占整體發(fā)電規(guī)模近百分之四十。因此進一步研究風力發(fā)電技術(shù)以及功率控制策略，對于我國當前能源危機問題有顯著意義?；诖?，本文從新能源風力發(fā)電簡述展開分析，探究了相關(guān)優(yōu)勢以及主要技術(shù)，提出概率控制策略以供參考。Keys：新能源；風力發(fā)電；功率控制；討論引言：新能源風力發(fā)電經(jīng)過長時間的發(fā)展，已逐步趨于完善。所以在發(fā)電領(lǐng)域應高度重視風力發(fā)電技術(shù)的應用，利用可再生資源滿足生產(chǎn)生活對電能的需求。風力發(fā)電因它具有清潔環(huán)保、運維成本低等優(yōu)勢被廣泛運用，新增裝機大幅上升，發(fā)電技術(shù)水平也不斷提升。伴隨著碳達峰碳中和總體目標及其規(guī)劃新能源消納體系明確提出，風力發(fā)電企業(yè)迎來里程碑式的發(fā)展契機，將充分發(fā)揮中堅力量，扮演未來新能源系統(tǒng)中的重要角色。這對于國家來講，不論是減輕能源問題或是維護原生態(tài)環(huán)境都有著實際意義。一、新能源風力發(fā)電簡述新能源風力發(fā)電指通過風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)。風力發(fā)電過程是由機械動能將風能轉(zhuǎn)化成電能的一個過程。這一過程由葉輪完成，根據(jù)風力發(fā)電機以及自動控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)。風力發(fā)電機由多個構(gòu)件構(gòu)組成，一般包含葉片、輪圈、發(fā)電機、主軸軸承、變槳設備、自動控制系統(tǒng)以及塔架等（如圖1）。具體來講，葉輪設備是把風能轉(zhuǎn)化成機械動能的裝置。風能推動葉片轉(zhuǎn)動，進而產(chǎn)生機械能。為了能充足利用風能，還可以在葉輪后邊安裝一個方向標尾舵來分析風頻。依據(jù)風頻變化可以調(diào)節(jié)葉輪方向，使葉輪在風向上運作，充分保證葉輪最大功率機械動能。塔架是支撐點葉輪、尾舵和發(fā)電機設備的架構(gòu)。塔的相對高度應該根據(jù)路面阻礙物對風力的影響以及葉片的孔徑來決定，以確保塔的高度能夠滿足葉輪設備的運轉(zhuǎn)標準。發(fā)電機則是將恒定機械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，發(fā)電效率較高。只有在各部位融洽運作的狀況下，才能保證風力發(fā)電保持較高效率。圖1二、新能源風力發(fā)電優(yōu)勢風力發(fā)電在近些年來已經(jīng)取得迅猛發(fā)展，全世界風電裝機容量己達四千億MW。風力發(fā)電技術(shù)能被普及推廣推廣與它的作用是分不開的。風力發(fā)電操作步驟簡便，并且建設占地面積小。風能資源儲量豐富，如加強對風能的開發(fā)與利用，未來有可能會替代火力發(fā)電，并能滿足大多數(shù)對用電需求大的大國。同時，風能是可再生能源，風力發(fā)電有足夠的能源支持?，F(xiàn)階段，地球上的可利用的不可再生能源如煤碳、原油等日益減少，若干年后便會匱乏，但風能則可無盡利用。其次，風力發(fā)電環(huán)保效益高。發(fā)電過程不產(chǎn)生二氧化碳等氣體，減少世界二氧化碳排放量，有益于全世界生態(tài)環(huán)境的維護。同時，我國大力發(fā)展風力發(fā)電技術(shù)。從宏觀經(jīng)濟政策方面減少煤炭能源用量，緩解了資源困境[1]。最后，風力發(fā)電低投資收益快。成本低廉可靠性高，一村便可修建小型風力發(fā)電裝置。倘若有大型風力發(fā)電場需要建設，可國家實行、團體或個體企業(yè)承擔修建責任合伙完成，幾年內(nèi)就可以收回投資成本。此外，風力發(fā)電項目工程施工周期短，裝機規(guī)模靈活簡便，在風能充沛的地區(qū)能用有限的時間創(chuàng)建風力發(fā)電基礎(chǔ)設施建設，能用最短的時間將風能轉(zhuǎn)化成所需電能，組裝一臺就能建成投產(chǎn)一臺。風力發(fā)電的特征總結(jié)來說便是電力能源充裕，使用方便，成本費用低且零污染。為了進一步優(yōu)化風力發(fā)電規(guī)模，減少投入設備的浪費情況，領(lǐng)域?qū)I(yè)人員已經(jīng)加大了風力發(fā)電機組的容量研究，單機容量已經(jīng)向著5MW以上發(fā)展。但是國際容量遠遠高于我國，因此從研究表明未來的風力發(fā)電機組將會向20MW以上發(fā)展。三、風力發(fā)電技術(shù)研究目前風力發(fā)電具有兩種運行方式，分別是獨立運行的離網(wǎng)運行電和接入電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行。離網(wǎng)型風力發(fā)電規(guī)模較小，與其他技術(shù)結(jié)合可為偏遠地區(qū)供電。并網(wǎng)風力發(fā)電發(fā)電容量較大，通常為幾兆瓦到幾百兆瓦，可以得到大電網(wǎng)的補償和支撐，可使風資源的利用更加充分。因此風力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)是一項主流技術(shù)。并網(wǎng)技術(shù)主要是以分布式系統(tǒng)連接技術(shù)和集中化連接技術(shù)為主導。分布式系統(tǒng)連接技術(shù)更適宜運用在一些經(jīng)營規(guī)模比較小的風力發(fā)電場中，在10kV或者35kV的電力網(wǎng)中運用效果最佳。這種電網(wǎng)建設時存在一定的滲透性，選用分布式發(fā)電方式連接電網(wǎng)系統(tǒng)，每一個開關(guān)電源點容積比較小，可以確保電力網(wǎng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。集中化連接技術(shù)在一些規(guī)模龐大及遠距離傳送電力工程的風電中較為適用。經(jīng)過變電器變換將電壓升高，憑借電力線路把它傳至終端設備[2]。選用集中連接技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大中型風力發(fā)電場或者多個風力發(fā)電場電能集中化運輸。在具體新能源風力發(fā)電中，合理運用無功補償及諧波電流清除技術(shù)具備重要價值，是保證發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。該技術(shù)在實際應用中，受相對應器件影響能夠及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)具體的無功功率耗費狀況，運轉(zhuǎn)電壓也根植于全部磁感應過程。假如電壓非常高，磁感應器的電流量會給元器件造成影響。因而，科學地選用無功補償技術(shù)可以有效的整治諧波電流。除串聯(lián)諧振試驗技術(shù)的實踐應用外，全部風力發(fā)電環(huán)節(jié)中都會發(fā)生諧波電流問題。如果出現(xiàn)了諧波電流問題，將導致電能質(zhì)量分析差[3]。因而，選用消諧技術(shù)，選用輸出功率逆變電路以及相關(guān)機器設備來高效地清除諧波電流很有必要。最后及時糾正電容器組，可以有效提升無功功率，控制諧波電流產(chǎn)生的影響，確保風力發(fā)電的總體技術(shù)進一步提高。四、新能源風力發(fā)電功率控制對策（一）發(fā)電機變槳距控制方法風力發(fā)電發(fā)電機組在使用在結(jié)構(gòu)上依據(jù)風輪葉片和輪圈可分為定槳距風力發(fā)電機和變槳距風力發(fā)電機。定槳距風力發(fā)電機將葉片固定在輪圈上，操作過程中漿葉一般不會變動。變槳距風力發(fā)電機在日常運作時，需要處理風速變化，調(diào)節(jié)輸出功率和風力發(fā)電機設備制動系統(tǒng)。主要表現(xiàn)在變槳距風力發(fā)電設備在葉片和輪圈中間選用非剛性聯(lián)接方法，那樣葉片就能在運轉(zhuǎn)過程根據(jù)節(jié)徑的變化角度，以此控制輸出功率[4]。同時，在風速太大超過風力發(fā)電機設備切出風速力時，會自動停止運行，漿葉在風力發(fā)電機停止運行時維護發(fā)電機使其不受損害。（二）風速控制方法

調(diào)速方式在切入風速與額定風速發(fā)生變化的情況下，能追蹤最佳功率曲線獲取最大功率。（1000w風力發(fā)電機輸出功率曲線技術(shù)參數(shù)如表1）風速操縱的實際步驟首先需在風力發(fā)電機組并網(wǎng)時，復位整體系統(tǒng)，并把槳距角β初值設為0，判斷此時的風速。接著，分辨風速與切入風速標值，若風速大于等于切入風速，則風電發(fā)電機開始運作。在進入風速與額定值風速間的風速變化前提下，明確選用調(diào)速操縱的形式進行，可以結(jié)合轉(zhuǎn)速比數(shù)據(jù)信號與驅(qū)動器數(shù)據(jù)信號，經(jīng)減速箱對發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制，和發(fā)電機轉(zhuǎn)速給定值進行對比，從而形成一個適合于跟蹤功率曲線變動的閉環(huán)反饋全自動控制系統(tǒng)。完成對風力系數(shù)統(tǒng)計，獲取最大功率。表1風速m/s3456789101112輸出功率P（w）2065130240390580825110013001380風速m/s13141516171819202122輸出功率P（w）138013501310125511851095990875735570（三）偏航控制方法利用風速矢量方向變動調(diào)節(jié)風力發(fā)電發(fā)動機艙方位，從而使風力發(fā)電發(fā)動機艙能夠迅速指向風頻，獲得最大的風能對風設備，稱之為偏航控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用完成是由風輪推動風力發(fā)電發(fā)動機艙的偏向傳動齒輪進行工作，當與風頻完成指向后終止風輪裝運，完成對風動作。偏航控制系統(tǒng)的構(gòu)造涵蓋滾動軸承、驅(qū)動設備及其控制設備，而控制設備也是由風向傳感器、偏航控制板及其解纜傳感器組成[5]?，F(xiàn)階段比較完善的控制系統(tǒng)分成主動和被動式兩類。從技術(shù)的可行性分析分，小型發(fā)電機組一般會使用被動式，而大型發(fā)電機組則選用主動型，這是因為風向儀的專業(yè)技術(shù)精密度所決定的。偏航控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分。一般由偏航滾動軸承、偏航制動系統(tǒng)、偏航驅(qū)動機構(gòu)、偏航基數(shù)器、偏航液壓回路及其扭纜維護等組成，讓風輪一直處于迎風狀態(tài)，提高發(fā)電效率確保發(fā)電機組運行時安全穩(wěn)定。五、結(jié)語時代發(fā)展過程科學技術(shù)也會日益先進，風力發(fā)電技術(shù)進步范疇也會隨之擴張。因此，風力發(fā)電行業(yè)須對發(fā)電技術(shù)進一步升級，健全管理制度不斷改革創(chuàng)新。綜合而言，風電力能源與傳統(tǒng)能源對比，具備開發(fā)費用低、環(huán)境保護效益明顯、安全性高及其可再生等優(yōu)點，因而得到了能源領(lǐng)域的高度關(guān)注，被作為主要的新能源去開發(fā)利用。風力發(fā)電用風速來推動機械設備產(chǎn)生滿足社會生產(chǎn)的電量，在發(fā)電量過程會受到機械系統(tǒng)限制，因此探究控制功率的策略勢在必行。Reference

[1]楊磊.淺談新能源風力發(fā)電及其功率控制[J].科學與信息化,2021,000(007):94,97.[2]艾美雕.風電場功率預測預報問