风力发电的调频技术研究综述马尧

马尧

(伊春太阳风新能源有限公司黑龙江伊春153036)

摘要：风电技术正在不断地发展，为电力系统提供有效的能源支撑，当前风力发电中必须重视调频技术的应用，以此来解决风机运行工况不稳的问题，风电技术的成功运用依然有待深入探索，要积极开发并利用其优势功能，使其同传统电力技术有效配合，最终服务于电力系统的运行。

关键词：风力发电；调频技术；应用

一、风力发电调频技术应用的必要性

研究发现，风力发电发展前景广阔，其发电成本与常规电力基本接近，因此其逐渐受到世界各国的重视，对于其研究也逐渐深入。根据相关调查显示，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦，因此我们应不断加强风力发电技术的探索和实践，以为我国的经济发展提供能源保障。风力发电具有较为稳定的发电成本，对环境污染小，因此其发展前景较为广阔。

由于自然风速的大小和方向的随机变化，风力发电机组切入电网和切出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运动过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。风力发电系统的控制技术从定桨距恒速运行至基于变桨距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组理想地向电网提供电力的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一，功率调节方式主要包括定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种控制方法。随着风力发电机组由定桨距恒速运行发展到变桨距变速运行后，风力发电机组控制系统可通过风速和风向变化对机组进行并网和脱网及调向控制，同时还可通过变距系统对机组进行转速和功率的控制，以提高机组的运行效率、安全性和可靠性，促进年发电数量和质量的提升。

二、风力发电对电力系统的影响

风力发电作为一种新型的发电技术已经被世界各国所接受，并带来了良好的发电功效，然而，在实际应用中依然存在一些问题。由于风力发电主要借助于风力因素，自然界的风力条件、气候状况等则会在很大程度上影响发电水平，导致发电输出功率出现动态变化、不稳定等现象。随着风力发电的大范围普及以及风力发电的接入，对电力系统带来了巨大影响，电力系统也亟待改革、调整、规划与完善，具体的影响体现在以下几方面。

1、备用容量需求的上升

发电与用电的相互平衡、动态弥补是维持电力系统安全、稳定的基础，也是确保供电服务质量的前提条件。然而，风力发电会影响电力系统输出功率的平衡性与稳定性，对此可以通过安装一定的备用容量来缓解这种不平衡，但是，风力系统极具变化性，其变化的预测能力相对有限，无法对其瞬间变化做出实时的动态监控和预测，为了维护电力系统的稳定运行，就必须要进一步扩大备用容量。经研究表明：风电渗透率为10%时，要提高2%的备用容量。要想确保电力系统在稳定的额定频率下工作，风电每提升1000兆瓦，每分钟就要供应6.6兆瓦的备用容量。由此可见，风力发电技术的运用，需要备用容量的支持，这其中涉及到大量的资金成本等的投入。

2、惯性响应与一次调频能力下降

风力发电系统的建设，要伴随着一些传统发电设备的停运。当前主要的风电机组包括：双馈型风机、直驱型风机。具体的运行原理为：依靠电力变换技术来控制风电机组的功率，使其同电网步调一致。

同时，为使风能被充分利用，风电机组一般要在最大功率点处工作，无法储备有功，这样当系统低频运行时，需要进行调频。

对此，要想确保电力系统处于安全、稳定状态，控制风电对系统频率带来的不良性波动，就要引入调频技术。

三、风力发电中的调频技术

1、转子惯性控制技术

随着科技的不断发展，风力发电已经有了长足的进步，风力发电的发电机主要有两种类型，即定速型和变速型。在以往的发电中大都采用了鼠笼式发电机，它可以为系统提供必须的惯性支持，但是它不能在频率调节中起作用，最重要的是它的容量非常小。在这2种发电机的比较中，大多数公司都采用了变速型的发电机，因为它的控制能力较强，所以可适用的机型较多，导致适用范围非常的广。此外，它还具有可控变速，在发电过程中也更为灵活，所以发电的效率也会有所提高。现如今的风力发电并不是非常的发达，所以在技术上还有很多不过关，在风力的选择上也较为苛刻，只能选择最大的风能捕获，这样发电机会一直维持在最大功率周围，不能采用调频技术，所以就无法实行精准操作控制，就会有很大的缺陷。虽然设备还不是特别完美，但是其本身可以进行控制，只要在其基础上稍微完善系统，就能使电机做出相应的反应，完全适应发电机系统的频率变化，这就可以实现频率调节功能，综合惯量控制方法的方法如图1所示。

图1综合惯量控制方法

2、转子超速控制技术

相对于转子的惯性控制而言，转子的超速控制可以更有效且全面地对转子运行的速度进行合理控制，也就可以使风机不再处于最大功率的点上，从而保留一部分的功率备用，并且可以将其用于频率调节当中。转子超速控制的技术目前主要包括对控制环节的设计与风机运行模式的改善，比如在现有的双馈风机使用中，转子超速控制的使用须在额定风速以下，同时转子超速控制可以有效增加辅助的频率控制。当风机的频率下降时，转子转速也会跟随下降，这样不仅可以通过部分动能的释放来调整提高频率反应变化能力，同时也可以大大增加整体机组的发电功率，在其中，也就实现了频率调节的功能。虽然转子超速控制具有以上的优点，但它在频率调节的过程中，存在着控制和操纵上的盲区。当风速达到甚至即将超过额定的数值后，机组会主动地通过对桨距角的控制来实现功率的平稳，此时转子转速的提高对功率已经失去了主要的提升作用，因此，转子超速控制的运行仅限于额定风速以下。

3、变桨控制技术

在风电发电现有的调频技术当中，在风力变化较大的地方一般会选取变桨控制的方式。变桨控制的使用首先是要对桨距角进行有效合理的操控，相应改变桨叶的迎风角度与整体输入的机械能量大小，它的位置也是处于最大功率点以下，也会留出一定的容量以供备用，从而对频率进行有效地控制。在风速较为稳定的情况下，桨距的角度越大，机组的备用功率也就越大。变桨技术在风力发电的运用当中，具有较强的灵活操控能力，调节范围也十分大，并且可以实现全风速下的功率控制。但是它的执行机构为机械部件，反应的速度十分不灵敏，而且桨距角变化不宜频繁，不然机组的机械很受到磨损，导致整体系统瘫痪。当前的变桨技术，主要应用于额定风速以上，虽然也会产生一定的维护修理费用，但是，它所带来的效益明显超于弊端。

结束语：

风电发电技术正处于蓬勃的发展当中，而其中的调频技术也越来越成为风电发展的关键，国家也越来越需要风电具有传统电源的功能，从而保障电力系统的安全稳定。在风力发电技术的进步中，频率调节技术显得尤为重要，需要进行全面的整改和完善。相关的专家应结合目前的几种控制方式，不断地加以调节和完善，克服它们所存在的缺陷以及运行的条件限制，从而使风力发电得以良性有效地发展。

参考文献：

[1]柳伟，顾伟，孙蓉，等.DFIG-SMES互补系统一次调频控制［J］.电工技术学报，2012，（9）.

[2]赵国材，周前程.风能变换系统在电网频率调节中的应用仿真［J］.计算机系统应用，2012，（6）.