风力发电机原理及风力发电技术

孙志光

辽宁龙源新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市 110500

摘要： 风力发电机组进行可靠性分配主要是在集成商经过讨论验证之后明确的可靠性指标,由上而下的分配到各个分系统中.通过对这些相关的指标进行有效地分配,使设计者可以与供应商对自身研制产品的可靠性要求可以充分掌握,从而制定出有效的技术方案;可以显露出机组中可靠性较为不足的部分,以提高设计的有效性;为各个组成部分中部件的材料选择和可靠性设计提供有效的选择依据;同时也为由外采购的产品所具有的可靠性定量要求提供可靠的依据。

关键词：风力发电机；风力发电；控制技术

        引言

        近年来，由于风力发电具有多种优势，如资源分布非常广泛、清洁无污染等，所以人们对其给予了高度关注，有效推动了风力发电的快速发展。不过在提高风力发电厂容量过程中，却会不同程度地影响电网系统，电能质量的影响程度随着风电机组并网运行规模的扩大而上升。因为风力资源具有不确定性，再加上风电机组运行的特点，严重降低风电机组输出功率的稳定性，进而会影响电能的质量。        

1智能技术基本概述

        信息化已经成为社会发展趋势，计算机技术、大数据、自动化技术、智能化技术等被广泛应用在人们的生产生活之中，并取得了不错的成效。智能技术是对人工智能进行更为深入的开发、研究、模拟、拓展延伸的过程。将智能技术应用在风力发电之中，能够构建风力发电自动化控制系统，提高行业发电效率，实现企业经济效益与社会效益同步提升。智能技术主要分为三种：（1）神经网络控制技术。该技术主要适用于数字计算与处理，多应用在数据处理方面。数字处理系统不会受到整体系统的影响，及时其他系统丧失功能，也不会影响神经网络控制技术的应用；（2）专家系统控制技术。该技术主要应用在智能组织、调节、控制等方面，能够处理出现的非结构性问题，以及不确定的消息。但应用在表面知识处理之中，缺乏灵活的模仿能力；（3）综合智能控制技术。该技术主要是朝着整体化、集成化的方向发展，能够对一些模糊的数据进行高效处理，实现智能技术的优化整合，降低系统发生故障的概率，整合个别智能技术，提升技术使用效率。

2、风力发电机

        风力发电技术是一种能够有效地缓解当前能源危机的比较有效的手段，风力发电以其非常特殊的优势从而获得了当前世界各国更加广泛的关注以及特别的重视。在传统的风力发电机制作过程中主要还是采用有刷双馈异步发电机、笼型异步发电机以及同步发电机等等。在这些里面，笼型异步发电机的工作原理一般情况主要是通过其电容器的功能来实现一些无功补偿的，其最为关键的一点是在高于同步转速的附近开展一些恒速运转的工作的，同时使用一种叫定桨距失速而推动发电机开展运行的。而有刷双馈异步发电机的工作原理主要是在实际运用中能够非常有效地降低功率变化器的消耗功率。此外，同步发电机的特点是其转速比较低，而且轴向尺寸是要比一般的较小，这种大电机实际更适合于应用到一些特殊的启动力矩比较大的发电电机并网的里面中来。而当前阶段的风力发电机正在得到进一步的创新以及性能上面的完善，而且现存的一些新型风力发电机里面主要包括无刷双馈异步发电机、永磁无刷同步发电机以及永磁同步发电机等等。而在这些发电机里面，无刷双馈异步发电机能够深度体现出的自身具备优势的相对突出，其结构是比较的简单，但是过载能力要比其他的强一些，而且运行效率是比一般的更高、更可靠，这种发电机能够有效地改善一些传统标准型的双馈电机运行过程中存在的缺陷以及不足等问题，而且同时还具备笼型异步发电机的所能够体现出来的优势。此外，永磁同步发电机的工作机理则主要是通过运用先进的二极管进行代替其中的电刷装置，从而将两者可以有效地连接在一个基础的上面，同时采用特殊的外电枢结构进行工作。不过，永磁同步发电机工作是不需要对其加设立相关的磁装置，这种发电机能够有效地降低励磁损耗，所以他的运行优势是比较为突出，也是值得被广泛推广的一种发电机。

3 风力发电控制技术

        风力发电控制技术主要包括定桨距失速风力发电技术、变桨距风力发电技术、主动失速/混合失速发电机、变速风力发电技术等。定桨距失速风力发电技术采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术。变桨距风力发电技术从空气动力学角度出发，当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使输出功率保持稳定。主动失速/混合失速发电机是前两种技术的组合。低风速时采用变桨距调节可达到更高的气动效率，当风机达到额定功率后，风机按照变桨距调节时风机调节桨距相反方向改变桨距。变速风力发电技术是风机叶轮跟随风速变化而改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大的运行方式。与恒速风力发电机组相比，变速风力发电技术具有低风速时能够根据风速变化在运行中保持最佳叶尖速比获得最大风能、高风速时利用风轮转速变化储存的部分能量以提高传动系统的柔性和使输出功率更加平稳、进行动态功率和转矩脉动补偿等优越性。

4 风力发电机与相关电力电子变换器控制技术

        4.1 风力发电机的控制技术

        作为风力发电的能源就是风力，由于风力的方向、大小的不确定性，同时，随着高度增加，风力会越大，所以大多数的风力发电会处在高空中完成，发电机及其相关的设备也需要尽可能提高其效率，减少能量的损耗，可以充分地利用永磁发电机来进行风力系统的建设。还可以通过模块化的方式来进行电机的制造，以此来实现成本的控制。除此之外，可以进行发电机控制法，降低发电机的功率消耗，通过各种方法来尽可能地降低功率因数的变化。

        4.2 电力电子转换器控制技术

        作为电子转换器在风力发电系统进行应用，必须要具有以下几个特征：首先，需要具有比较广的使用面，能够在各种风力发电过程中得到有效利用；其次，还需要比较高的传输效率，能够有效进行传输之外还需要进行功率因素改变的处置；最后，还需要比较高的安全性能，从而能够有效地保证功率，有效地运转。只有满足以上几个方面的特征，才能够有效地进行电子转换器的设置，达到公共的发电控制系统的需求。

        4.3 风能发电中谐波消除

        在风机发电的过程中，谐波的存在会降低整体发电的质量，导致电压频率等都会受到影响，所以必须要采取方式将谐波去除，尽可能地减少对于发电的干扰性。谐波可能会导致发电机的损坏，甚至会导致出现同步的叶振谐波，甚至会导致发电设备的热故障，导致正常运行干扰，破坏正常的电子发电系统，影响传感器的正确性。为了消除谐波，可以通过电力变流或者是无功率增加对电容器进行调整等方式尽可能地减少谐波的影响。

参考文献：

        ［1］郑育松．风力发电系统机械变频控制技术［J］．装饰装修天地，2019，(23):390．

        ［2］李胜，张兰红，单毅．永磁同步风力发电系统控制技术综述［J］．微电机，2019，52(9):101-107．

        [3]石海滨．关于风力发电机及风力发电控制技术分析[J]．民营科技，2017（09）：70．

[4]刘细平,林鹤云.风力发电机及风力发电控制技术综述[J].大电机技术,2016(3):17-20,55.