李桂紅

【摘 ?要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平有很大提高，對電能的需求也越來越高。在能源緊缺的現(xiàn)代，新型發(fā)電方式逐漸開發(fā)出來，風(fēng)力發(fā)電在近年來運(yùn)用較為廣泛，現(xiàn)代控制技術(shù)融入到風(fēng)力發(fā)電中，使得發(fā)電效率大大提升。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(yùn)用到發(fā)電系統(tǒng)中。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電;控制技術(shù)

引言

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)是一種環(huán)保、無污染的新能源開發(fā)技術(shù)，利用風(fēng)力取之不竭、用之不盡的特點(diǎn)，來應(yīng)對當(dāng)前日趨枯竭的能源環(huán)境。自上世紀(jì)七十年代以來，世界上的國家就逐步開始對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究，上世紀(jì)末，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展速度令人側(cè)目，世界上風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量逐年上升。結(jié)合風(fēng)力發(fā)電過程以及發(fā)電機(jī)控制技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)和恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要運(yùn)作方式則分為常規(guī)電網(wǎng)電源和獨(dú)立電源兩種供電形式。不同的技術(shù)所帶來的效果各不相同，本文就此進(jìn)行了相應(yīng)的論述。

1我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)況

我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展在技術(shù)方面上分為三步，一是引進(jìn)新技術(shù)，二是把技術(shù)消化吸收三是進(jìn)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(fēng)力制造業(yè)不斷提升。還有隨著國內(nèi)5WM容量等級風(fēng)電產(chǎn)品的不斷改進(jìn)，我國的兆瓦級機(jī)組在風(fēng)力發(fā)電市場被大量使用。雖然我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jìn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jìn)，促進(jìn)了其進(jìn)一步發(fā)展。

2風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)研究

2.1微分幾何

該項技術(shù)由數(shù)學(xué)知識演變而來，其包括一定的線性關(guān)系，控制過程就是利用這一特性來完成的。此技術(shù)的控制原理如下：該數(shù)學(xué)知識表現(xiàn)出來的系統(tǒng)實際是非線性的，經(jīng)過某種處理后，成為具有一定功能的線性系統(tǒng)，致使控制技術(shù)逐漸趨于完善。對于風(fēng)力發(fā)電本身，其系統(tǒng)本來就是非線性的，風(fēng)速的大小是人為無法控制的。當(dāng)使用此技術(shù)時，首先要將這一問題進(jìn)行解決。然后是對雙饋發(fā)電機(jī)的各項操作，主要是對經(jīng)過電機(jī)的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋解耦，這一過程需要將非線性情況向線性轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)動態(tài)解耦。這對發(fā)電效率的提升非常有幫助，裝置能夠盡可能多的捕獲風(fēng)能。

若風(fēng)速過大，需要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，這樣才能保持其功率不變。通過一系列的步驟，裝置將很好地完成向線性關(guān)系轉(zhuǎn)化的過程，根據(jù)這一關(guān)系，可設(shè)計出符合實際情況的發(fā)電機(jī)組，減少企業(yè)成本的同時，保持充足的電能供應(yīng)?，F(xiàn)行控制的精確程度很高，但計算過程中會遇到阻礙。且該技術(shù)對CPU的要求很高，普通的CPU無法使用到此技術(shù)當(dāng)中。目前研究人員正在攻克兩類難題，可見該項技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間。

2.2變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

簡單來說，該系統(tǒng)的控制方式就是風(fēng)力機(jī)采取變速運(yùn)行的模式，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化而變化，但可以通過電力電子變換裝置得到恒頻電能。根據(jù)貝茲理論，理想情況下風(fēng)能所能轉(zhuǎn)換成動能的極限比值為16/27約為59%。

恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的所采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)只能固定在某一轉(zhuǎn)速上，但是風(fēng)能具有一定的隨機(jī)性，其能效會受周圍環(huán)境的影響而變化，所以風(fēng)力機(jī)必定會偏離最佳速度，這就必然會在一定程度上降低發(fā)電效率，而變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)就能夠在風(fēng)速變化的條件下，來適當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而讓其一直保持著在理想的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，確保發(fā)電效率。變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)是目前主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而語言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)該盡可能的確保能量轉(zhuǎn)換效率，而變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)主要通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，來實現(xiàn)高效率的能源轉(zhuǎn)換。

2.3自適應(yīng)與滑模變結(jié)構(gòu)

該項技術(shù)運(yùn)用到發(fā)電過程中，可以捕捉系統(tǒng)快速變化的各項數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)處于實時監(jiān)測之下，實現(xiàn)對各運(yùn)行參數(shù)的良好把控。該技術(shù)的工作原理如下：系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中，若發(fā)現(xiàn)明顯的波動，此技術(shù)控制的監(jiān)測裝置就能精確捕捉到這一點(diǎn)，然后系統(tǒng)對該突變點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對發(fā)電裝置的相關(guān)速度參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證發(fā)電過程的順利進(jìn)行。在以往的系統(tǒng)當(dāng)中，若想控制運(yùn)行速度，需要先建立起相應(yīng)的虛擬模型，由于數(shù)據(jù)變化的無規(guī)律性，模型的建立是非常困難的。錯誤的模型會誤導(dǎo)工作人員，這對速度的控制是非常不利的。該項技術(shù)的出現(xiàn)很好解決了這一問題，自適應(yīng)也是目前在風(fēng)里發(fā)電中應(yīng)用最多的技術(shù)之一。

此項技術(shù)的最大特點(diǎn)，就是對各種切換開關(guān)的靈活控制。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不再需要這一檔速度時，該結(jié)構(gòu)接收到系統(tǒng)傳來的相關(guān)變檔信息，然后做出反應(yīng)，自動將該檔位的開關(guān)閉合，打開系統(tǒng)需要的相應(yīng)檔位開關(guān)。系統(tǒng)運(yùn)行中，人員無需對發(fā)電裝置重啟，即可實現(xiàn)對裝置換擋的控制。該技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在這幾點(diǎn)：設(shè)計簡單，并不需要過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu);可隨時進(jìn)行相應(yīng)的切換工作，具有較強(qiáng)的靈活性;系統(tǒng)參數(shù)變化時，不會影響到該結(jié)構(gòu)的正?？刂?，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。該技術(shù)能夠?qū)⒆匀桓蓴_與裝置隔離開來，最大程度保證發(fā)電過程正常進(jìn)行，沒有外界環(huán)境的影響，系統(tǒng)將會處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.4雙饋發(fā)電變速恒頻系統(tǒng)

雙饋發(fā)電變速恒頻系統(tǒng)是使用雙饋繞線式發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，所謂雙饋，指的是雙端口饋電，定子和轉(zhuǎn)子可同時發(fā)電，互相切割磁感線。通常來說，雙饋電機(jī)必須配合變頻器使用，變頻器給雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)差頻率電流，起到勵磁的作用，有效調(diào)節(jié)勵磁電流的相位、頻率、幅值，實現(xiàn)穩(wěn)定的定子恒頻輸出。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，無論風(fēng)力作出什么樣的變化，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變的時候，利用變頻器就可調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度，從而讓電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速之中保持同步（轉(zhuǎn)子勵磁電流改變轉(zhuǎn)子磁勢）。該系統(tǒng)主要是依靠轉(zhuǎn)子側(cè)來實現(xiàn)的，通過轉(zhuǎn)子電路的功率由交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行來決定，所以該系統(tǒng)的成本較低，設(shè)計較為簡便，且后期的維護(hù)也十分便捷。另外，該系統(tǒng)還能吸收更多無功功率，可有效解決電壓升高的弊端，從而有效提升電網(wǎng)運(yùn)作效率，保障電能換換質(zhì)量以及穩(wěn)定性。

2.5無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)

無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)是目前風(fēng)力發(fā)電中的新型控制系統(tǒng)，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)交流電機(jī)差別較大，無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)中的電子定子，具有兩套不同極數(shù)的三組繞組，可分別稱為控制繞組和功率繞組，通過電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁動勢來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如果改變相應(yīng)的頻率以及相位，就可改變電機(jī)的運(yùn)行方式。無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)和普通系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，電機(jī)定子上有一套控制繞組，可通過調(diào)節(jié)繞組上的電流頻率來改變轉(zhuǎn)速，不過該技術(shù)的制造成本較高，并且無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)的體積較大。

結(jié)語

以上是對現(xiàn)代控制技術(shù)的詳細(xì)介紹。通過對幾類典型技術(shù)的分析，可看出其在風(fēng)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(fēng)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(fēng)速等的有效控制，將發(fā)電機(jī)保持在最佳工作狀態(tài)，且大大延長槳葉、電機(jī)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。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）