风力发电技术与功率控制策略研究

高可

甘肃龙源风力发电有限公司 甘肃 兰州 730050

【摘要】由于我国现阶段的社会经济，一直处于快速增长的时期， 人类各个方面对能源的需求都在全方位日益增长，单单使用传统能源用于供应，将会承受巨大的压力，而近年来随着风力发电技术被研究出来，使得在生产生活中的能源方面需求压力大大缓解。通过针对设备的功率控制，使得风力发电机组在使用频率上得到提高，本文详细论述了风力发电技术，同时对风力发电技术在功率控制上的相关策略进行探讨。

【关键词】风力发电技术；能源；功率控制策略

引言

风力发电是上个世纪首次进行研究开发的。随着人们不断地研究，通过对航空领域飞机转子技术的研究，小型风能生产设备已经开发出来。该设备一经开发，就在一些岛屿上广泛应用于强风能源。通过不断改进这项技术，风能生产技术得到普及，并得到了更广泛的应用。

1 风力发电技术概述

1.1 基本发电原理

风能生产过程就是利用机械能将风能转化为电能的过程。风能转换为机械能的过程，主要是由风力涡轮机负责运行；而机械能转换为电能的过程，应由风力涡轮机，以及其主要的控制系统负责操作。在实际运行过程中，风力迫使风力涡轮机叶片旋转。在旋转过程中，应使用增压发动机加速扇叶的旋转，以有效促进发电机发电。风力能源在其生产与收集过程中，所使用到的主要设备全部被叫做风力涡轮机，而它具体又可以被分为三部分包括风力涡轮机、发电机以及塔架。其中最为关键的部分是真正能够实现风能转化为机械能的一步，这一环节主要由两个或多个螺旋桨型钢共同构成的，风力循环装置系统。当扇叶受到风的影响时，扇叶应产生气流，以鼓励风车旋转。这意味着情况并非如此。为使得风循环能够保持与风向处于同一方向，从而使得这一设备达到最大功率，应在发电风车后部增加一个尾轮装置，当风车在实际运行过程中时，塔架则是主要用于支撑所有风机、尾轮以及发电机的整体框架。在确定风塔高度时，应充分考虑实际环境中地面与空中所包含的障碍物，以及风机叶片的实际直径对风速造成的影响，以确保塔高满足塔高下的实际风机性能要求。如果风循环在风的影响下产生恒定速度，则通过速度放大器将其传输至发电机，使其均匀输出，并最终达成将风能用于发电的目的。

一般来说，小容量风能系统所具备的发电能力相对较高，但该风力发电机其中不仅包括发电机部分，还同时具备一定科技水平的操作控制系统，包括发电机、变流器、尾翼和叶片，每个部分都具有其独特的作用。风力涡轮机叶片方向，受风的影响较大，主要是在机头部位转化为电能。发电机的尾翼确保风机叶片始终顶风，以实现最大风力。风力涡轮机的旋转确保热量的正常运行。通常，旋转器使用永久磁铁或励磁磁铁。电源线的磁铁通过静电秤的宽度，最终产生电能。

1.2 风力发电的特点

在过去的十年中，风力发电取得了快速的发展。目前，全球风能装机容量近4270亿MW，风能发电技术可以进行广泛应用，这与风能的性能和特点密不可分；风能技术建设周期短、灵活，如果有足够的风能，可以尽早建立风力发电基础设施，风能尽快转化为所需的电力，高可靠性、低成本促使风能生产迅速普及和实施；风力发电的生产操作也相对简单，进行风能发电所需要的区域小，风力发电具有在能量供给上更为充足、运行操作简单、成本低廉且无污染等特点。

2 未来风力发电技术的发展趋势

由于风能生产技术的普及和实施，在不断地实际运行中得到了越来越多的改进。同时，为了不浪费更多的地面资源，陆地风力发电围绕海上风力发电，恒速发电机装置已开发为变速发电机，变速箱已开发为控制永磁体，小型低叶片塔已开发为长叶片高塔。

2.1 工作时的电容量不断的增大

随着目前科学技术的发展水平一直处于提升状态， 风能生产技术的主要趋势是不断提高工作效率。虽然在容量方面得到了较为突出的提升，但在实际应用中仍存在明显的不足。必须取得新的突破，以满足日益增长的能源需求。现在，实际应用的风力发电机在其电容量方面，稳定维持在1兆瓦以上，最高甚至达到5兆瓦。而在一些发达国家的实际生产中，已经投入使用具备更大容量的发电机，美国甚至开始开发电容量高达10兆瓦的发电机。随着这一技术不断创新发展，在未来可能会达到五十兆瓦。

2.2 由陆地的风力发电逐步向海上转移

目前，风能生产设备大多设置在陆地上，很少设置在海上，目前世界上许多已经发展风能发电技术，逐步将陆地的风能转化为海上实施，传统的风力能源发电装置，主要涉及安装在陆地上，而将其转化到海上进行建设，能够减少能源消耗。总的来说，海上所具备风力资源要远远大于陆地上，这提高了风力资源的利用率。中国目前在海上风能生产技术方面取得了巨大的进步，相信很快就会实现。

2.3 风力发电技术的发电效率将会不断地提高

随着现代科学技术处于不断研发改进的过程，风力发电技术也经历了不断地优化与完善。但是，一般风能生产设备的寿命一般较短，20年内难以克服，且此类设备成本较高，安装后必须对设备进行维护和定期加工，因此，在未来，风能生产技术的效率将在实际运行过程中不断提高。设备的持续优化和改进降低了设备的总体负荷，其目标是整个设备的生产。

2.4 风力发电有齿轮箱向无齿轮箱发展

在风力发电方面，变速箱对风能生产、重型加工和重型设备的要求很高，因此，直接驱动的风能技术发展迅速。无齿轮箱直接驱动模式可以有效减少齿轮箱故障单元，降低风电场维护成本，显著提高可靠性和效率。目前，在永久风力涡轮机的永久稳态驱动不断增加的同时，全容量变压器技术得到了广泛的开发和实施，将风力涡轮机和发电机的速度控制范围扩大到额定速度的0到150%。全容量转换器技术可以很好地满足低电压穿越要求，并提高设备的风能利用率。

2.5 小叶片低塔筒向长叶片高塔筒的发展

风力涡轮机叶片是风力涡轮机中有效提取风能的主要部件。叶片长度增加一个单位，增加了风力涡轮机的功率。根据高转速理论，为了获得更高的发电能力，风力涡轮机必须安装更大的叶片和更大的塔架。在目前中国大部分地区位于风力发电地区的情况下，通过技术创新，目前10MW海风发电机转子直径已达190m，2.5MW风机较宽直径已达120，塔高已达100m，在低风区风能利用率较好。

3 控制发电机功率的方法

3.1 控制发电机功率的原理

主导风电机组的功率相对简单，其主要内容是在一定风力的影响下，有效控制整个风电机组的输出功率。选择最合适的功率曲线以达到最大功率值。如果风速高度不稳定，可调整风力涡轮机的高度，并可调整叶片与角度之间的距离，以确保标称功率不发生变化。

3.2 实际功率控制的工作流程

在风力发电容量管理过程中，最广泛使用的工具是变桨距控制。该方法首先优化整个风力涡轮机耐久性控制系统，并从该角度评估风速。如果风速过低，则无法调整风力发电机。如果发电机接通时，风速与发电机的标称发动机转速之间存在差异，则发电机传动装置应向传感器发送信号，以实现有效的发电机功率控制，最重要的是建立一个完整的风力发电机组容量内部控制系统，并建立一定的标称容量，以有效调节实际发电量。

4 总结

今天，越来越多的人认识到风能的重要性，并继续加强风能技术的研发和改进。在推广风能的过程中，要想扩大风能生产规模，需要不断改进和完善风能发电技术，提高风能发电效率。在风电机组功率验证过程中，各技术人员应检查风电机组的实际运行环境，不断优化和改进风电机组内部结构，有效提高风电机组设备在各个方面的稳定性以及效率。

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