风力发电机组的控制技术

何成良

浙江舟山岑港风力发电有限公司  316000

摘要：随着时代的发展科技的进步，我国在不断地向前发展，电力的使用量是衡量一个国家发展的主要依据之一，我国每年的电耗量位居世界前列，发电过程中需要消耗大量的能源，对环境造成一定的影响，所以我国一直致力于利用清洁能源进行发电，其中风力发电就是清洁能源发电的主要手段之一，本文将对风力发电机组的控制技术进行讨论。

关键词：风力发电；风力发电机组；发电机组控制技术

风力发电是一种清洁的发电手段，减少了发电对于环境的破坏。我国国土辽阔，适合风力发电的区域广泛，所以我国在风力发电这一发电技术上取得了长足进步，风力发电机组的控制技术是维持风力发电的最核心技术之一，风力发电机组的控制技术能够为我国风力发电事业提供强大助力。

一、风力发电

在进行风力发电机组的控制技术讨论时，首先简述一下风力发电的概念及其适用范围。风力发电是指将风的动能转化为机械动能，之后将机械动能转化为电能的一种发电手段，并且风力发电在发电过程中不会产生辐射及空气污染情况的发生，是一项清洁的发电技术。风力发电在我国西部地区使用广泛，风力发电技术在近些年也得到了充分的发展，风力发电又分为水平轴风力发电、垂直轴风力发电、双馈型发电机发电等多种发电模式。

二、风力发电机组

想要利用风力进行发电工作，就离不开发电机组的运转，风力发电机组由风轮、发电机组成。其中发电机又由风轮中所含的叶片、轮毂等部件组成，当叶片受到风力吹动时，会进行旋转，从而将机械能转化为电能。风力发电机组按照风轮桨叶分类分为定桨型与变桨型两种，按照风轮的转速又可分为定速型、变速型两种^[1]。我国现在已经拥有了风力发电关键零部件的开发制造能力，但是我国的风力发电机组控制技术还有待完善，再简单描述风力发电机组的构成与类型之后，下面将针对风力发电机组的控制技术进行讨论。

三、风力发电机组的控制技术

风力发电机组的控制技术，是风力发电的核心，通过控制技术能够提高风力发电的安全性，提高风力发电的发电效率，下面根据风力发电机组的控制技术进行研究讨论。

（一）风力发电机组的控制技术要求

风力发电机组控制技术在应用之前，首先要了风力发电机组的控制技术要求。不同的机组有不同的要求，其中机组大致分为三类，第一种是定桨距失速型机组，对于这类机组首先需要监控机组的运行状态，通过数据了解机组运行情况，其次进行风力发电机并网与脱网的控制，监测自动相位补偿的进展，并且还需要对风力发电的电网状况进行确认，保障风力发电电网的顺畅运行，同时还应当密切关注天气，防止异常天气对机组造成破坏，在发电机组发生异常状况时应当及时进行停机工作，防止发电机组出现事故，详细记录风速、发电率、发电机组运行等数据，为日后发电机组的维护提供可靠依据^[2]。在对全桨叶变距型机组进行控制时，首先应当监测全桨叶变距型机组的运转情况，并且要进行功率曲线的优化，与定桨距失速型大电机组一样，要进行电网气象监测、要进行发电机组数据记录。对于变速恒频技术的变速型机组进行控制时除去常规的监测步骤之外，还应当对发电机组进行低于额定风速的发电功率控制，高于额定风速的发电功率控制，通过有效的控制能够维护发电机组的正常运行。

（二）风力发电机组控制技术研究

风力发电机组控制技术的发展能够提高风力发电机组的电能转化效率，并且在一定程度上减少了风力发电机组控制方面的工作量，提高了工作效率。定桨距失速型机组的新控制技术应用有效解决了风力发电时发电机组的并网问题，提升了发电机组运行中的稳定性与安全性，通过软并网技术、空气动力刹车技术、自动解缆技术的应用，解决了长期以来定桨距失速型发电机组中遇到的一系列问题，并通过简化控制系统与伺服驱动系统简化了风力发电机组的控制过程，提高了工作效率。在技术的发展中全桨叶变速型机组控制技术也得到了更新，新控制技术在发电机组启动时可以进行发电机组的转速控制，进行并网之后还能对其功率进行控制，保护了电网的安全性，率先采用电液伺服机构提高了发电机组的控制效率，减少了发电机组控制的操作难度^[3]。对于变速恒频技术的变速型机组而言，改善了其在低于额定风速、高于定风速下的发电机运行状态，在风力低于额定风力时，发电机能够调节最佳功率曲线提高发电效率，在风力高于额定风速时，发电机能够进行柔性变速，保障发电机安全运行，保障额定电压的输出功率，高效率高质量地为电网进行供电工作。

（三）风力发电机组控制系统技术应用

风力发电机组控制系统主要分为八个方面，首先是用户界面，在用户界面中工作人员可以通过指令输入的方式改变发电机参数，并且能够通过显示器观测到发电机运行状态以及运行参数，之后这些参数会进入主控制器，主控制器能够实时监测机组与电网的运行状态，并且主控制器还能够启动或者关闭发电机组，同时主控制器能够通过发电机控制器进行软并网的控制，对变频器进行励磁调节。通过主控制器下的变距系统能够控制发电机组的转速，控制发电机组的发电功率，通过液压系统控制刹车机构与变距机构压力的保持，能够自动进行偏航纠正工作，自动解除电缆缠绕，可以说在风力发电机组控制系统中，最核心的系统就是主控制器系统，它涵盖了机组控制的方方面面，既能保障机组稳定运行，又可以自动纠错，还能够进行实时的参数检测，减轻了工作人员的负担，增强了发电机组的运行效率，保障了发电机组的安全性与可靠性

^[4]。我国目前绝大部分的风力发电机组的控制系统都采用的是集散型控制系统，采用这种系统进行风力大电机组控制能够提高发电机组的控制效率，有许多发电机组控制功能通过集散型分布，能够直接将控制模块安放于被控制的对象的位置，其次通过集散型控制手段能够就被操控的区域内进行信息采集、机组控制等工作，避免了各类型控制器传感器混杂的情况出现，使监控工作能够更加清晰合理的进行。并且由于集散型控制系统的适应性较强，能够在机组运行时进行参数的调整，降低了机组控制的难度，便于对机组进行现场调试，其次由于集散化的分布模式，控制器能与其他功能的集散模块保持通讯状态，能够第一时间了解各模块的运行情况，并且能够向模块发出指令，且模块反应速度快，有效解决了风力发电机组控制难的问题。

（四）风力发电机组的制动保护控制技术

风力发电机组的制动保护，是维持风力发电机组安全运转的最后一道防线，是风力发电机组控制技术中的重点，进行定桨距风力发电组的制动控制时，一般采用两种制动技术，一种是叶尖气动刹车技术，另一种是机械盘式刹车技术，制动系统的制动原则为在机组失电或液压系统失效时，制动控制系统将立即处于制动状态。叶尖气动刹车技术是由液压系统提供压力，由旋转接头进入叶片中的压力缸，压缩扰流器中的弹簧能够使叶尖扰流器与桨叶完整的连接在一起当出现紧急情况时会进行紧急制动处理。而机械盘刹车技术是一种辅助的制动技术，主要是安装在风力发电机桨叶的叶盘处，当桨叶出现异常运转时刹车盘将进行机械制动刹车处理，这种机械盘式刹车一般会安装在大型风力发电机之中^[5]。制动保护控制技术分为超速保护、电网失电保护、电气保护等三种最主要的保护模式，在发电机转速超过额定转速的110%时，控制机将发出制动指令，这时叶尖扰流器制动液压系统中的超速保护装置就会起到保护作用，当风轮超速时，液压缸压力会上升，同时自动打开泄油门，液压缸内的压力油就会泄出，叶尖扰流器会迅速打开，使得电机停止运转。在失电保护时，扰流器与机械刹车系统会同时打开，进行紧急制动，使电机停机。由于电网故障所引起的失电保护，控制系统会在电网电力恢复后的十分钟自动恢复运行，省去了控制机组启动的时间。在进行电气保护控制时分为两种情况，第一种情况是过电保护，通过控制器对进入控制柜的冲击电压有自我保护机制，当电压过大时将自动进行断电保护控制其安全。过电保护的第二种情况是防雷击，通过接地线与接地通道能够释放雷电所产生的能量，保护电机的安全运转。

四、结束语

通过对风力发电机组控制技术的讨论，可以得知风力发电是一项清洁的发电手段，能够有效地保护大气环境，对于风力发电机组控制技术而言，首先要明确风力发电机组控制技术的要求，之后探讨了控制系统以及电机刹车控制系统的应用，通过控制系统的应用提高了风力大电机组的运转效率，保障了风力发电机组的安全运转。

参考文献

[1]詹云霄,冯晓超.风力发电机组的控制技术探究[J].中国战略新兴产业,2020,(4):34.

[2]汪航.风力发电机组智能增功控制方案[J].黑龙江工业学院学报（综合版）,2019,19(10):27-32.

[3]芮晓明,谢鲁冰,高学伟, 等.差动调速型风力发电机组并网控制研究[J].自动化仪表,2019,40(12):35-40,45.

[4]孙世龙.风力发电机组运行安全及控制探讨[J].建筑工程技术与设计,2019,(36):2880.

[5]颉小龙.风力发电机组控制技术的研究[J].百科论坛电子杂志,2019,(15):389-390.

作者简介：何成良（1992.12.10） 男  汉族 安徽省颍上县 运维工程师/助理工程师  大学本科  浙江舟山岑港风力发电有限公司（浙江省舟山市 316000） 研究方向：风力发电机组的控制技术