劉磊，薛靖

（中廣核哈密風(fēng)力發(fā)電有限公司，新疆哈密，839000）

0 引言

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷創(chuàng)新，在新能源中發(fā)展速度最快。但是，與其他國家相比較，中國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)依然存在滯后性，特別是專業(yè)技術(shù)方面，諸如大型機(jī)的設(shè)計(jì)、調(diào)速調(diào)頻技術(shù)以及失速調(diào)節(jié)控制技術(shù)等等，依然需要進(jìn)一步完善[1]。要使風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠更好地發(fā)揮其性能，就需要優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電的流程，使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有良好的適應(yīng)性。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)概述

1.1 傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括四種，即繞線式異步發(fā)電機(jī)、籠型異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)。

其一，繞線式異步發(fā)電是以銅線繞制的線圈作為電機(jī)轉(zhuǎn)子，通過滑環(huán)將線圈末端引到啟動(dòng)控制設(shè)備上，所以這種發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候電流小，具有可控性，啟動(dòng)的時(shí)候轉(zhuǎn)矩比較大。轉(zhuǎn)子回路電阻的調(diào)整通過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率得到有效調(diào)節(jié)。隨著轉(zhuǎn)差率增加到10%，就可以有限變速運(yùn)行。

其二，籠型異步發(fā)電機(jī)是一種交流發(fā)電機(jī)，其是將定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場充分利用起來，與轉(zhuǎn)子繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用，所以，籠型異步發(fā)電機(jī)又被稱為“感應(yīng)發(fā)電機(jī)”[2]。其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度超過同步轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)差率增加，輸出功率增加，當(dāng)轉(zhuǎn)差率降低的時(shí)候，輸出功率就會(huì)減少。

其三，有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)是采用雙端饋電運(yùn)行方式，定子要與電源相聯(lián)，轉(zhuǎn)子也要與電源相聯(lián)，可以使發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行的過程中，功率變換器的功率也會(huì)有所降低。

其四，同步發(fā)電機(jī)是一種交流發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度等同于定子旋轉(zhuǎn)磁場的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。由于同步發(fā)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候所采用的是直流勵(lì)磁，如果其為單機(jī)運(yùn)行，通過對勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的電壓也能夠得到有效調(diào)節(jié)。同步發(fā)電機(jī)有很多的極數(shù)，運(yùn)轉(zhuǎn)的速度也不是很快，徑向的尺寸比較大，軸向尺寸卻很小。發(fā)電機(jī)的無功功率和功率因數(shù)要得到有效調(diào)節(jié)，需要根據(jù)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)結(jié)果展開。

1.2 新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)有很多種，諸如無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、永磁無刷直流發(fā)電機(jī)和全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

其一，無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)，就是將電刷去掉，沒有集電環(huán)裝置，提高了運(yùn)行可靠性。這種電機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)型雙饋電機(jī)所存在的不足予以彌補(bǔ)，將繞線型異步電機(jī)、籠型異步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)所具備的優(yōu)點(diǎn)兼容，可以跟蹤最大風(fēng)功率因數(shù)，風(fēng)能得到有效利用[3]。

其二，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，有很高的能量密度，過載能力也非常強(qiáng)，有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，其運(yùn)行的效率高，非?？煽俊＃▓D1：開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)）

圖1 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)

其三，永磁同步發(fā)電機(jī)所采用的是永磁體勵(lì)磁，不需要其他的勵(lì)磁裝，由此使勵(lì)磁損耗減少。其還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是不需要換向裝置，所以運(yùn)行效率高，使用壽命比較長。

一、清理果園，有些果農(nóng)對這一做法不夠重視，至使在殘枝落葉中寄生的病菌蟲卵繼續(xù)滋生，嚴(yán)重影響了果樹的生長，開春前清掃園內(nèi)雜草，枯枝殘葉，并進(jìn)行焚燒，蘋果在萌芽前剪掉病枝，蟲枝，破傷枝。遠(yuǎn)離果園外進(jìn)行銷毀。

其四，永磁無刷直流發(fā)電機(jī)以直流單波繞組為樞繞組，電刷裝置用二極管替代，將直流單波繞組和二極管連接起來，構(gòu)成一個(gè)整體，使用內(nèi)置式切向永磁體轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，采用電子電路換相或者電流控制方式[4]。

其五，全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)是永磁體構(gòu)成，沒有安裝控制系統(tǒng)。由于這種發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中會(huì)存在輸出特性偏軟的問題，采用磁懸浮技術(shù)和磁力傳動(dòng)技術(shù)能夠有效解決。

2 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)主要包括四種，即變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和主動(dòng)失速/混合失速發(fā)電技術(shù)。

其一，變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)符合空氣動(dòng)力學(xué)，在風(fēng)速非常高的時(shí)候，對槳葉的節(jié)距進(jìn)行調(diào)整，對氣流對葉片的迎角加以改變，就可以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生改變，從中獲得空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，維持穩(wěn)定的輸出功率[5]。（圖2：變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行圖）

圖2 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行圖

現(xiàn)在，變槳距控制技術(shù)已經(jīng)被大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廣泛使用，諸如NERCON的E-66-1.8M變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)、VESTAS的V66-1.65MW的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及NORDEX的S77/1500KW變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)等等。

其二，定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將槳葉與輪載連接起來并固定好。槳距角恒定，隨著風(fēng)速發(fā)生變化，槳葉的迎風(fēng)角度也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化[6]。

其四，主動(dòng)失速/混合失速發(fā)電技術(shù)是將變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)結(jié)合起來，性能上實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)。當(dāng)風(fēng)速比較低的時(shí)候，采用變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)可以使氣動(dòng)效率提高，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率，就會(huì)按照變槳距將槳距向相反方向調(diào)節(jié)，使槳距發(fā)生改變[7]。

3 應(yīng)用智能技術(shù)控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

在控制風(fēng)力發(fā)電的時(shí)候需要采用合適的方法，由于發(fā)電的過程中會(huì)受到各種因素的影響，所以，控制上存在一定的難度。對于控制方法的設(shè)計(jì)可以采用數(shù)學(xué)模型分析方法以及智能控制方法。

3.1 模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

模糊控制技術(shù)就是應(yīng)用智能技術(shù)實(shí)施控制，其所具備的一個(gè)重要特點(diǎn)是，用數(shù)字語言規(guī)則表達(dá)專家的經(jīng)驗(yàn)以及有關(guān)的知識，對控制對象的數(shù)學(xué)模型沒有依賴性，因此不會(huì)受到非線性因素的影響。當(dāng)出現(xiàn)異常狀況或者遇到風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候，可以采用調(diào)節(jié)參數(shù)的方式解決。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)屬于非線性系統(tǒng)，具有隨機(jī)性，所以采用模糊控制方法是比較合適的[8]。通過應(yīng)用模糊控制技術(shù)可以跟蹤轉(zhuǎn)速，捕獲帶最大的風(fēng)能，獲取發(fā)電機(jī)Δ的最大功率，所以對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠很好地控制。

采用二維模糊控制器，控制輸入量為高風(fēng)速時(shí)功率于額定功率之差是ΔP，dΔP為變化率，E和EC是模糊化量，ΔU是槳距角變化量，Δμ為模糊化量。

在模糊控制中，E和EC是是輸入量，ΔU是輸出量。

論域是：

這里，模糊化變量所采用的都是正太分布隸屬度函數(shù)。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，通過對風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，對風(fēng)速變化情況進(jìn)行預(yù)測。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以對Cp-λ特性曲線進(jìn)行修改，捕獲到風(fēng)能，將機(jī)械負(fù)載力矩減小。以風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性和風(fēng)速數(shù)據(jù)作為依據(jù)將自適應(yīng)控制模型建立起來，應(yīng)用智能技術(shù)觀測數(shù)據(jù)，將規(guī)律尋找出來，基于此預(yù)測未來數(shù)據(jù)以及不能直接觀測到的數(shù)據(jù)，由此控制工業(yè)過程。

4 結(jié)束語

通過上面的研究可以明確，風(fēng)力發(fā)電如果依然采用傳統(tǒng)技術(shù)，已經(jīng)無法適應(yīng)越來越發(fā)達(dá)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，快就需要智能化方向發(fā)展。應(yīng)用智能控制技術(shù)使風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)得到有效控制，就需要基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理采取科學(xué)有效的控制方法，使風(fēng)力發(fā)電的性能大大提高。