施新春

摘要：在二十一世紀的今天，新能源的開發(fā)和利用已成為生態(tài)文明建設的重要組成部分，各種創(chuàng)新技術(shù)的應用，有效的提高了新能源的利用率。尤其在風力發(fā)電方面，我國已成為世界最大的風力市場，為構(gòu)建能源節(jié)約型社會做出重要貢獻。本文圍繞控制技術(shù)展開討論，介紹幾種典型的控制技術(shù)。相信在科技的發(fā)展下，更多的技術(shù)會被運用到發(fā)電系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；現(xiàn)狀；控制技術(shù)

引言

先如今，人們解決能源和環(huán)境問題迫在眉睫，有些資源有限，還會產(chǎn)生許多污染。所以，世界各地都在關(guān)注可再生能源，而風電有許多優(yōu)點，所以，利用可再生能源已成為各國的重點發(fā)展方向。我國的風能資源并不匱乏，所以開發(fā)潛力很大。我國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)和控制技術(shù)的發(fā)展很快，因而，通過分析現(xiàn)階段我國風力發(fā)電的情況和控制技術(shù)水平的發(fā)展情況，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供一些有價值的信息。

1我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀

我國風力發(fā)電的發(fā)展在技術(shù)方面上分為三步，一是引進新技術(shù)，二是把技術(shù)消化吸收三是進行自主創(chuàng)新。現(xiàn)如今，在這方面我國以快速發(fā)展起來。例如，我國的風力制造業(yè)不斷提升。還有隨著國內(nèi)5WM容量等級風電產(chǎn)品的不斷改進，我國的兆瓦級機組在風力發(fā)電市場被大量使用。雖然我國的風力發(fā)電機組制造業(yè)和配置零組件的發(fā)展足以滿足所需，但是一些高級配置仍然需要從國外進口。所以，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力和不斷探索新技術(shù)迫在眉睫。目前，是創(chuàng)新的年代，是需要快速發(fā)展的時代，新能源就是一個活生生的例子。作為新能源的一個重要部分，風力發(fā)電近年來的發(fā)展越來越好。全球的能源越來越少，之前的能源已經(jīng)不足人們也已經(jīng)意識到了這個問題，風力發(fā)電無污染，施工時間比較短，投資也不多，而且需要的地區(qū)也不多，這就使得各個國家對其越來越關(guān)注。在風力發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆電器是一個非常重要的裝置，其特性的好壞決定了發(fā)電是否靈活。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們也將風力發(fā)電系統(tǒng)做出了很多改變，使其性能得到了很大改進，促進了其進一步發(fā)展。

2風力發(fā)電控制技術(shù)

風力發(fā)電控制技術(shù)主要包括定槳距失速風力發(fā)電技術(shù)、變槳距風力發(fā)電技術(shù)、主動失速/混合失速發(fā)電技、變速風力發(fā)電技術(shù)等。定槳距失速風力發(fā)電技術(shù)采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏行與自動解纜技術(shù)。變槳距風力發(fā)電技術(shù)從空氣動力學角度出發(fā)，當風速過高時，可以通過調(diào)整槳葉節(jié)距、改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩，使輸出功率保持穩(wěn)定。主動失速/混合失速發(fā)電技是前兩種技術(shù)的組合。低風速時采用變槳距調(diào)節(jié)可達到更高的氣動效率，當風機達到額定功率后，風機按照變槳距調(diào)節(jié)時風機調(diào)節(jié)槳距相反方向改變槳距。變速風力發(fā)電技術(shù)是風機葉輪跟隨風速變化而改變其旋轉(zhuǎn)速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風能利用系數(shù)最大的運行方式。與恒速風力發(fā)電機組相比，變速風力發(fā)電技術(shù)具有低風速時能夠根據(jù)風速變化在運行中保持最佳葉尖速比獲得最大風能、高風速時利用風輪轉(zhuǎn)速變化儲存的部分能量以提高傳動系統(tǒng)的柔性和使輸出功率更加平穩(wěn)、進行動態(tài)功率和轉(zhuǎn)矩脈動補償?shù)葍?yōu)越性。

3風力發(fā)電的控制技術(shù)的發(fā)展

風力發(fā)電的控制技術(shù)是綜合許多學科的一項工程技術(shù)，比如：電學、力學等。

3.1風力發(fā)電機組控制技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)極其重要，它是決定發(fā)電機組可以快速運行的關(guān)鍵，以下是幾條原因：

1）風力機得到的風能是不能控制的，有些隨意。因為平時的風速的方向和大小受大氣和地形的影響而變得隨機和難控制。

2）風力發(fā)電機組的的的風輪有很大的慣性，因為它的葉片直徑在一定范圍內(nèi)，更好地利用了風能。

3）自動控制在多方面也能更好地被利用，比如在風力發(fā)電的并網(wǎng)和脫網(wǎng)時。

4）風力發(fā)電所需的風力所在的地方都是比較偏遠的，一般在海邊，工作人員想采用無人近距離的監(jiān)控的方法來控制比較隨機的風力，這就需要風力發(fā)電機組變得更好。

有些技術(shù)在應用到風力發(fā)電的的領(lǐng)域后，其它的控制技術(shù)也在不斷的發(fā)展。并且，控制方式也不再單一，向著多方面發(fā)展。

定槳距型風力機就是槳葉與輪轂的連接是無法改變的。當風速高于額定風速時，用失速特性，限制發(fā)電機的功率就是失速性。而失速特性是氣流的攻角達到一定時，就會有渦流。失去調(diào)節(jié)型有許多優(yōu)勢，因為外界因素改變輸出功率時，利用槳葉的被動失速調(diào)節(jié)不做任何控制，極大地簡化了系統(tǒng)。但是它的葉片很重，有些部件所受的力有些大，所以風力發(fā)電機組的效率很低，也會造成重要的部件被損壞。

近年來，我國找到了一種新型風力發(fā)電系統(tǒng)，也就是變速恒頻風力發(fā)電機組，它的很多性質(zhì)都不受到外界影響。它同恒速風力發(fā)電機組比較，其優(yōu)勢是能在風速低時跟蹤風速變化，在使用過程中可以更好的使葉尖速比達到適中，在風速比較快時，可以使機組正常地運作。前者用變槳距調(diào)節(jié)和勵磁控制使得正常運作。在風機發(fā)電控制技術(shù)發(fā)展的進程中，輸出功率比額定功率大時，機組就會利用風速來改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，達到最優(yōu)的葉尖速比。該機組的優(yōu)點是使額定功率得以保證并且輸出功率趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2風力發(fā)電機組控制策略的發(fā)展

風力發(fā)電需要風能，但是風能比較隨機它的大小和方向不可控，就會使得葉片改變方向，葉尖速比也達不到標準。風力機的效率也會降低，輸入功率也會受到影響，更嚴重的，會使得其不穩(wěn)定。風力發(fā)電機組的部件有柔性，可以減小壓力，不過，會使系統(tǒng)變得復雜會使有的模塊震動。現(xiàn)如今，控制器有兩類，一是傳統(tǒng)控制，二是現(xiàn)代控制。前者的基礎是數(shù)學模型，可以更好的提高風能的利用率。但在變化過快時，就沒辦法發(fā)揮到最好。

3.3現(xiàn)代控制方法

現(xiàn)代控制方法有更多，比如魯棒控制，它可以解決多變量問題，使誤差減小，變得更準確。而變結(jié)構(gòu)控制可以很快回應，步驟簡化，能更好地實施。這就使得它普遍被使用的原因。還有模糊控制，是智能地控制，它不需要數(shù)學模型就可以排除干擾。解決了數(shù)學模型不容易得到的問題，這種控制方法也被學者注意起來。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是利用工程技術(shù)去模仿人的腦神經(jīng)元的特點和構(gòu)成的一種系統(tǒng)，人們用人腦神經(jīng)元建立各種各樣的擴展結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡神經(jīng)，從而建立一個生物網(wǎng)絡神經(jīng)的仿真版，為控制風力機在風速較低時的距離，可以采用網(wǎng)絡神經(jīng)的學習特點。

結(jié)語

以上是對現(xiàn)代控制技術(shù)的詳細介紹。通過對幾類典型技術(shù)的分析，可看出其在風力發(fā)電過程中發(fā)揮的重要作用。新型技術(shù)的融入，使風力發(fā)電擺脫人工操作的局限性，逐漸朝著自動化方向發(fā)展。對功率、風速等的有效控制，將發(fā)電機保持在最佳工作狀態(tài)，且大大延長槳葉、電機等裝置的使用周期。在科技的支撐下，控制技術(shù)還有很大發(fā)展空間。

參考文獻

[1]晏勤，宋冬然.現(xiàn)代控制技術(shù)在風力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應用研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（15）：157.

[2]任麗娜，焦曉紅，邵麗平.風力發(fā)電機速度跟蹤自適應控制研究[J].太陽能學報，2013，30（10）：1234-1239.

[3]黃建峰.全球風力發(fā)電的現(xiàn)狀及展望[J].動力與電氣工程，2013.

[4]陳海忠，高國琴.兩自由度并聯(lián)機器人的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡辨識滑?？刂撇呗匝芯縖J].機床與液壓，2011（7）：69.

[5]郝正航，余貽鑫，曾沅.雙饋風力發(fā)電機功角暫態(tài)行為及其控制策略[J].電力自動化設備，2011（2）：53.

[6]方永，胡明輔.風力發(fā)電的現(xiàn)狀與進展[J].可再生能源，2013.

[7]李嘯驄，田友飛，徐俊華，等.變速恒頻雙饋風電機組恒功率非線性控制[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（23）：121.

（作者單位：南京帕沃爾新能源科技有限公司）