风力发电的调频技术研究综述

朱天龙

辽宁龙源新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：当前，风力发电越来越受到人们的重视，这是一种无污染、环保的发电模式，依靠大自然的力量向人们的生产生活提供电能，因此成为研究人员的重点研究课题。因为该发电模式与传统的发电模式有所不同，因此寻求更为有效的发电调频技术就显得尤为重要。

关键词：风力发电；调频技术；研究

一、风力发电的调频技术

1.1转子超速控制方式

转子超速控制的关键是如何在转子超速转动时对其进行有效控制，这也是工作中的难点和重点。在实践中一般会保留一部分风机运行速率以作为备用，用来作为一次频率调节。所以，对转子超速控制集中在一次频率调节响应速度上，响应的速度越慢，对风机的影响就越大，响应的速度越快，则对风机的影响就相对较小。转子超速的适用范围也有局限性，在超速控制过程中有一些盲区是无法进行有效控制的，这就要求风机转速要控制在一个合理的范围内。但转子超速不受时间限制，能够在大多数时间里工作，这在一定程度上减少了风力发电的经济损失。

1.2转子惯性控制方式

风力发电机可以分为两种类型：一种是变速型，另一种是定速型。定速型在以前用的比较多，但是由于其容量小、贡献少，不能满足现在风电发展的需求，逐渐被淘汰掉了。变速型风力发电机又可分为两种类型：直驱型风机和双馈型风机。直驱型风机的波动范围比双馈型风机的波动范围大，灵活性不是很强，在控制上有所缺陷。所以，在实际应用中要突破技术难关，使其更好的被利用。而变速型风机和直驱型风机不一样，它具有很大的控制灵活性，可以通过调整控制策略和控制目标使机组根据系统频率变化做出主动响应，具备和传统类似的调频能力和惯性响应。

转子惯性控制是风力发电机组运行过程中，通过改变给定电流机组转子侧变流器，控制转子速度变化时吸收或释放风力发电机组旋转质体所存储的一些动能，对系统频率的短时变化做出响应，提供和传统机组相似的转动惯量。虽然风力发电机组通过转子惯性的控制能够提供和传统机组相似的虚拟惯量支撑，但是还存在美中不足问题：由于风速的自然属性，很难保证风电机组提供的惯性响应容量的可信度，增加了系统的复杂性和不稳定性；在惯性响应后，转子转速还原过程中会释放或吸收能量，很容易造成系统频率的不定性变化；在风速高和系统频率低的状态下很难通过提高转子转速以降低机组输出功率，在风速低和系统频率下降的情况下很难通过降低转子转速增加机组功率输出。

1.3变桨控制方式

风机桨叶距离上的夹角是在变桨距控制的过程中显现出来的。变桨控制的最突出优点是运行在最大功率范围内的情况下还可以保留一些容量供自身调节。风向和风力具有流动性，对桨距角的大小有约束作用。桨距角大，要备用的有功功率就越多，实际上捕获的风能就会减少。桨距角的大小关系到风力功率的有效控制。所以在实际中要注重桨距角的调节能力，使其更有效地控制风能的捕获量。值得一提的是，不能盲目对桨距角进行频繁调节，这样不但得不到预期效果，反而会产生负面影响，对风力发电机组造成磨损，缩短设备的使用寿命，增加维修费用和折旧损失，进而影响风力发电的经济效率。

二、调频技术分类

风力并不是常有的，因此风力发电站中还要建立储电设备。经研究发现，储电设备和风力发电的调频技术结合的程度越好，发电的效率也就越好。其中，关于结合的问题中，最重要需要调节的就是转子的问题和桨距的问题。

2.1转子调节

转子调节的方式有超速调节和惯性调节，这两种调节方式各有优劣，根据其特性结合其他的条件进行选择，才会发挥巨大的作用。其中，转子的超速调节中。看似超速是一个不合理的问题，但是在风力发电中，将转子的超速行为，控制在风机的工作能力之内。将其大幅度的变化，转化为电力是一个很好的选择。不过，正如上述所说的一致，这对于风机的要求会很好。其次，转子的惯性调节中。从表面上看，就是通过风力以及设备的合理调节，让转子能够形成惯性运行，继而产生源源不断的电力。但是，惯性运行，对于设备的要求很高。它必须在掌控转子的同时，还要根据随时而变的风做出改变。比起超速调节的来看，超速过程中，风力会表现出超速以及低于超速的水平。在正常的情况下也仅仅需要风机正常运行即可。因此，转子的惯性运行设备要求会更高。同时，高要求，也意味着高效率，一旦这样的技术掌握完全，风力发电如同一个自动控制系统一样。

2.2桨距调节

定桨距和变桨距，最终改变的是风机桨叶的夹角。因此，通俗来讲，变桨距就是夹角会改变的桨叶，定桨距就是固定夹角的桨叶。按照一般的角度来看，变桨距的调节方式能够随时根据现实情况而变化，对于风力的收集是一个很好的选择。但是，变桨距对于设备的控制能力要求很高，且频繁的变换对于风机的磨损也是一种经济损失。因此，综合来看，要想在追求效益的同时，还要追求能源的充分利用，需要结合该地区的现实情况，做出完善的组合选择才是最恰当地处理方式。

三、风力发电调频技术

3.1转子惯性控制

当前工作中应用到的风力发电机主要具有两种类型：①定速型；②变速型，前者在过去的发展中采用较多，容量较小，不能满足工作中的要求，因此在后续的发展阶段逐渐被淘汰。而变速型的风力发电机成为应用中的主要设备，并且分为两种类型，一种是广泛使用的双馈型风机，另外一种则是直驱型风机，两者各具有优缺点。转子惯性控制与风力发电机组自身所具有的惯性能力以及运行时的状态具有直接的联系，因此从这两方面入手能够更加灵活的对转子惯性进行控制。

3.2转子超速控制

超速控制的关键在于当转子出现超速运转时，如何将其得到有效的控制，这是工作中的重点问题，在实际工作中，风机的正常运行速率会保留一部分以备所需，所备用的功率主要是进行一次频率调节时使用的，因此对超速控制主要在于一次频率在调节时的响应速度，速度越快，对风机的影响就弱，但是不足之处在于有一部分盲区是不能进行有效的控制的，这一过程中会对风机的运转速度控制在一定的范围之内，如果超出这一范围，那么就需要采用桨距角保证恒功率的正常运行，由此看来，转子超速的适用范围也是具有局限性的，仅仅在额定风速的范围之内才能得以正常的运行，但是转子超速并不会受到时间的限制，而是在多数时间内都可以得到应用，这也在一定程度上降低了对风力发电所带来的经济损失。

3.3变桨控制

上文中提到的桨距角是在变桨距控制的过程中得以体现的，这一控制的最大优点在于能够在最大功率的控制范围内得以运行，并且还能为自身保留一定的容量，桨距角的大小受到风况的影响，如果桨距角越大，那么可备用的有功功率也就越多，进而在实际中所捕获的风能也会呈现出下降的趋势，根据桨距角大小的不同，可以有效的控制风能的捕获量，因此桨距角是一项重要的参考依据，加强其在实际应用中的调节能力，可以有效的实现对风力发电机组功率的有效控制，但是应该注意的是，不要过于频繁的对桨距角进行调节，这样反而会造成适得其反的效果，因为这对于风力机组会产生一定的负面影响，造成机械的磨损严重，进而设备的使用寿命也会受到影响，在无形之中反而又增加了运行的成本，不能满足风力发电的经济效益。

结语：

综上所述，在风力发电的过程中为了进一步加强电力系统的稳定性运行，应该适当的对风力发电进行改进，从转子惯性以及超速控制等方面入手，进一步发展调频技术的相关应用，为实现现代化的风力发电提供重要的参考依据。

参考文献：

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[2]方永，胡明辅．风力发电的现状与进展[J]．可再生能源，2019，4（3）：58-60。

[3]刘彦东．风力发电现状及对策[J]．内蒙古石油化工，2019，5（2）：74-75。