林鍵

（福建海電運(yùn)維科技有限責(zé)任公司，福建 福州 350001）

隨著當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中的用電需求也呈現(xiàn)出了不斷上升的趨勢(shì)。在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，主要的設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、變壓器、風(fēng)輪等，而要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的良好控制，就需要對(duì)這些系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用做好控制，以此來達(dá)到理想的風(fēng)力發(fā)電效果，滿足實(shí)際需求。

1 風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)述

風(fēng)力發(fā)電的主要原理就是通過風(fēng)力來帶動(dòng)風(fēng)車葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再借助于增速機(jī)提升其轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以此來為發(fā)電機(jī)運(yùn)行提供足夠的動(dòng)力，促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)風(fēng)車技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)速為每秒鐘三公尺的微風(fēng)條件下，風(fēng)力發(fā)電便可以實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)今，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)逐漸成為了一種主流的發(fā)電方式，因?yàn)檫@種發(fā)電方式既不會(huì)面臨燃料問題，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，所以其應(yīng)用前景十分光明。

2 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

2.1 風(fēng)輪控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，要想達(dá)到最高的風(fēng)電轉(zhuǎn)化率，就需要降低風(fēng)能的消耗。為達(dá)到這一目的，就需要對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行合理控制，具體控制技術(shù)如下：

（1）合理控制風(fēng)輪葉尖速比。風(fēng)輪在運(yùn)行過程中，其風(fēng)葉尖端在風(fēng)力作用下所轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度就是葉尖速，而葉尖速與這段時(shí)間內(nèi)風(fēng)速之間的比值就是葉尖速比。通過對(duì)葉尖速比的河流控制，便可讓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)得到進(jìn)一步的優(yōu)化，以此降低風(fēng)能消耗。具體控制中，因?yàn)樽匀伙L(fēng)速的大小以及風(fēng)力都無法調(diào)節(jié)，所以要想達(dá)到理想的控制效果，就需要通過葉尖速的改變來實(shí)現(xiàn)葉尖速比的調(diào)節(jié)。在此過程中，可以根據(jù)實(shí)際的風(fēng)力和風(fēng)速情況，通過變槳系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，這樣就可以使其最外側(cè)邊緣速度得到合理控制，以此來實(shí)現(xiàn)葉尖速比的進(jìn)一步優(yōu)化。

（2）合理控制功率信號(hào)反饋。對(duì)功率信號(hào)的反饋進(jìn)行控制，可以有效控制風(fēng)輪機(jī)功率。在運(yùn)行過程中，風(fēng)輪的功率會(huì)在條件改變時(shí)發(fā)生變化，這也是該控制方法得以應(yīng)用的一個(gè)基礎(chǔ)條件。通過對(duì)功率關(guān)系的分析可以繪制出其最大功率曲線，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行功率信號(hào)反饋的合理控制。具體控制過程中，應(yīng)該對(duì)最大功率以及系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率的差值分析，然后根據(jù)這個(gè)差值進(jìn)行風(fēng)輪槳矩調(diào)整，讓風(fēng)輪始終保持最大的運(yùn)行功率。通過這種控制方式，不僅可以有效降低風(fēng)能消耗，同時(shí)也可以有效降低控制成本。但是在該控制方法的具體應(yīng)用中，因?yàn)楂@取最大功率曲線是一項(xiàng)難點(diǎn)內(nèi)容，所以技術(shù)人員需將其作為重點(diǎn)進(jìn)行研究。

（3）合理控制爬山搜索。通過對(duì)爬山搜索的合理控制，可以讓風(fēng)機(jī)功率點(diǎn)得到合理控制，因其圖像和拋物線相類似，所以最大功率點(diǎn)在最高處。具體控制中，如果不能確定出目前工作點(diǎn)的具體位置，可以將風(fēng)輪運(yùn)行中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度適當(dāng)提升，以此來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)直流功率輸出的改變，在系統(tǒng)中的直流功率輸出加大的情況下，最高點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)拋物線圖像的左側(cè)，反之就會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)拋物線圖像的右側(cè)。通過這樣的方式，就可以及時(shí)找出最大功率點(diǎn)的位置，并以此為基礎(chǔ)來進(jìn)行風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的合理確定。但是這種方法也有一定的缺點(diǎn)，如果風(fēng)輪具體轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣量比較大，就很難改變其轉(zhuǎn)速。

2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)

目前主要的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電勵(lì)磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，從早期帶齒輪箱高速傳動(dòng)部件的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)到不帶齒輪箱而是將風(fēng)機(jī)主軸與低速多級(jí)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接相連的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)，再到更加集成、結(jié)構(gòu)緊湊的半直驅(qū)變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在具體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造過程中，采用更加集成設(shè)計(jì)和緊湊型結(jié)構(gòu)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行制造，以此來達(dá)到提升效率、降低成本的目的。同時(shí)，在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的具體控制過程中，應(yīng)通過全功率矢量法進(jìn)行控制，解除其直軸電流和交軸電流之間的耦合，以此來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)的降低，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)得到良好控制。

2.3 電子電力變換器控制技術(shù)

電子電力變換器在當(dāng)今的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的適用面非常廣泛，尤其是在大型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，電子電力變換器更是得到了廣泛應(yīng)用。通過電子電力變換器進(jìn)行風(fēng)能的轉(zhuǎn)換過程中，其能量轉(zhuǎn)換率非常高，且完成轉(zhuǎn)換后，能量傳輸效率也非常高。通過電子電力轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，可使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的無功功率得到有效補(bǔ)償，在提升系統(tǒng)運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其功率范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。且該設(shè)備的購買和應(yīng)用都不需要太高的成本，具有非常合理的經(jīng)濟(jì)性。

具體應(yīng)用中，應(yīng)通過矢量控制的方式對(duì)有功功率和無功功率進(jìn)行解耦處理，讓無功功率有效滿足系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求。另外，通過全功率SPWM矢量控制變流器的合理應(yīng)用，也可以讓風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的無功輸出量達(dá)到最大，通過合理設(shè)置直流環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中有功功率以及無功功率的有效調(diào)節(jié)。

2.4 諧波消除控制技術(shù)

在通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的過程中，諧波會(huì)導(dǎo)致整體電能質(zhì)量的降低，進(jìn)而影響電壓和頻率等，讓有功功率和無功功率之間難以達(dá)到平衡。所以，要想有效保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，就要將其中的諧波消除。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中，諧波的影響主要包括以下幾個(gè)方面：（1）諧波會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)通訊和鐵損的增加，進(jìn)而引起超同步諧振現(xiàn)象。（2）諧波會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備的過熱故障，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（3）諧波會(huì)讓保護(hù)系統(tǒng)和控制電路出現(xiàn)誤動(dòng)作情況，對(duì)傳感器精準(zhǔn)性造成不利影響。（4）諧波會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成損壞，不僅影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也會(huì)為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，若要有效消除諧波干擾，可通過以下幾方面的措施來實(shí)現(xiàn)：（1）將電力變流器等電力設(shè)備應(yīng)用到系統(tǒng)中，用這些設(shè)備的相位來抵消諧波。（2）對(duì)于諧波現(xiàn)象所導(dǎo)致的系統(tǒng)無功功率增加情況，可通過電容器組的合理調(diào)整來改變系統(tǒng)無功功率，讓諧波對(duì)其造成的影響得以有效降低。（3）可通過三角連接法來進(jìn)行系統(tǒng)連接，以此降低系統(tǒng)中諧波的進(jìn)入量。（4）在具體的諧波消除中，也可以按照實(shí)際情況來合理地加設(shè)濾波器。

2.5 無功功率補(bǔ)償技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，由于感性元件影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)功率消耗情況，在電壓從感性元件中通過時(shí)，因?yàn)橄牡闹皇菬o功功率，所以感性元件的兩端并不會(huì)出現(xiàn)電壓變化，如果測(cè)量到其兩端電壓比較高，則說明感性元件中通過的電流很大，元件設(shè)備也極有可能被損壞。對(duì)于此類情況，在進(jìn)行控制的過程中，可以適當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，以此來實(shí)現(xiàn)諧波作用的有效遏制。在無功補(bǔ)償過程中，最常用的方法是電容投切法，但是，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定投入的電容量，以此來避免電容量投入過大而產(chǎn)生電壓諧波。

3 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的新進(jìn)展

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，信息化和自動(dòng)化等技術(shù)得到了合理應(yīng)用。其中，最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)就是PLC自動(dòng)化控制技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制過程中，通過各種傳感器來進(jìn)行各個(gè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集，通過實(shí)際參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中原始參數(shù)的對(duì)比來及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并使其得到及時(shí)有效的處理。圖1為風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)示意圖。

圖1 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)示意圖

PLC自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的異常情況，避免運(yùn)行故障發(fā)生，同時(shí)也可以讓風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)督控制，賦予整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組思想和靈魂。這對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效果的提升及其信息化、智能化的發(fā)展都將有著非常深遠(yuǎn)的意義。

4 結(jié)語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電在當(dāng)今已經(jīng)開始成為了一種主流發(fā)電技術(shù)。而在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的具體應(yīng)用中，合理的控制技術(shù)是保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。所以在具體的運(yùn)行中，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其控制技術(shù)的研究，不斷提升風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行問題，保障電力的正常生產(chǎn)與供應(yīng)，滿足當(dāng)今社會(huì)需求，促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展。