新能源風力發電及其功率控制探討

Summary：風力發電是新興發電方式的一種，發電過程綠色經濟，符合我國綠色發展戰略。伴隨全球各項資源的緊缺形勢，新能源開發與利用得到廣泛關注。風力發電技術在這一背景下應運而生。目前風力發電的主流是變速恒頻風力發電機，變速恒頻直驅永磁同步發電機系統具有穩定性優勢。使用直驅永磁發電機系統同時也提高了整體系統的可靠性，滿足低壓穿越要求。風力發電在我國的應用規模也日益擴張，占整體發電規模近百分之四十。因此進一步研究風力發電技術以及功率控制策略，對于我國當前能源危機問題有顯著意義。基于此，本文從新能源風力發電簡述展開分析，探究了相關優勢以及主要技術，提出概率控制策略以供參考。Keys：新能源；風力發電；功率控制；討論引言：新能源風力發電經過長時間的發展，已逐步趨于完善。所以在發電領域應高度重視風力發電技術的應用，利用可再生資源滿足生產生活對電能的需求。風力發電因它具有清潔環保、運維成本低等優勢被廣泛運用，新增裝機大幅上升，發電技術水平也不斷提升。伴隨著碳達峰碳中和總體目標及其規劃新能源消納體系明確提出，風力發電企業迎來里程碑式的發展契機，將充分發揮中堅力量，扮演未來新能源系統中的重要角色。這對于國家來講，不論是減輕能源問題或是維護原生態環境都有著實際意義。一、新能源風力發電簡述新能源風力發電指通過風力發電機將風能轉化成電能的技術。風力發電過程是由機械動能將風能轉化成電能的一個過程。這一過程由葉輪完成，根據風力發電機以及自動控制系統控制實現。風力發電機由多個構件構組成，一般包含葉片、輪圈、發電機、主軸軸承、變槳設備、自動控制系統以及塔架等（如圖1）。具體來講，葉輪設備是把風能轉化成機械動能的裝置。風能推動葉片轉動，進而產生機械能。為了能充足利用風能，還可以在葉輪后邊安裝一個方向標尾舵來分析風頻。依據風頻變化可以調節葉輪方向，使葉輪在風向上運作，充分保證葉輪最大功率機械動能。塔架是支撐點葉輪、尾舵和發電機設備的架構。塔的相對高度應該根據路面阻礙物對風力的影響以及葉片的孔徑來決定，以確保塔的高度能夠滿足葉輪設備的運轉標準。發電機則是將恒定機械能轉換為電能的裝置，發電效率較高。只有在各部位融洽運作的狀況下，才能保證風力發電保持較高效率。圖1二、新能源風力發電優勢風力發電在近些年來已經取得迅猛發展，全世界風電裝機容量己達四千億MW。風力發電技術能被普及推廣推廣與它的作用是分不開的。風力發電操作步驟簡便，并且建設占地面積小。風能資源儲量豐富，如加強對風能的開發與利用，未來有可能會替代火力發電，并能滿足大多數對用電需求大的大國。同時，風能是可再生能源，風力發電有足夠的能源支持?，F階段，地球上的可利用的不可再生能源如煤碳、原油等日益減少，若干年后便會匱乏，但風能則可無盡利用。其次，風力發電環保效益高。發電過程不產生二氧化碳等氣體，減少世界二氧化碳排放量，有益于全世界生態環境的維護。同時，我國大力發展風力發電技術。從宏觀經濟政策方面減少煤炭能源用量，緩解了資源困境[1]。最后，風力發電低投資收益快。成本低廉可靠性高，一村便可修建小型風力發電裝置。倘若有大型風力發電場需要建設，可國家實行、團體或個體企業承擔修建責任合伙完成，幾年內就可以收回投資成本。此外，風力發電項目工程施工周期短，裝機規模靈活簡便，在風能充沛的地區能用有限的時間創建風力發電基礎設施建設，能用最短的時間將風能轉化成所需電能，組裝一臺就能建成投產一臺。風力發電的特征總結來說便是電力能源充裕，使用方便，成本費用低且零污染。為了進一步優化風力發電規模，減少投入設備的浪費情況，領域專業人員已經加大了風力發電機組的容量研究，單機容量已經向著5MW以上發展。但是國際容量遠遠高于我國，因此從研究表明未來的風力發電機組將會向20MW以上發展。三、風力發電技術研究目前風力發電具有兩種運行方式，分別是獨立運行的離網運行電和接入電力系統并網運行。離網型風力發電規模較小，與其他技術結合可為偏遠地區供電。并網風力發電發電容量較大，通常為幾兆瓦到幾百兆瓦，可以得到大電網的補償和支撐，可使風資源的利用更加充分。因此風力發電并網技術是一項主流技術。并網技術主要是以分布式系統連接技術和集中化連接技術為主導。分布式系統連接技術更適宜運用在一些經營規模比較小的風力發電場中，在10kV或者35kV的電力網中運用效果最佳。這種電網建設時存在一定的滲透性，選用分布式發電方式連接電網系統，每一個開關電源點容積比較小，可以確保電力網平穩運轉。集中化連接技術在一些規模龐大及遠距離傳送電力工程的風電中較為適用。經過變電器變換將電壓升高，憑借電力線路把它傳至終端設備[2]。選用集中連接技術，能夠實現大中型風力發電場或者多個風力發電場電能集中化運輸。在具體新能源風力發電中，合理運用無功補償及諧波電流清除技術具備重要價值，是保證發電系統平穩運轉的關鍵。該技術在實際應用中，受相對應器件影響能夠及早發現系統內具體的無功功率耗費狀況，運轉電壓也根植于全部磁感應過程。假如電壓非常高，磁感應器的電流量會給元器件造成影響。因而，科學地選用無功補償技術可以有效的整治諧波電流。除串聯諧振試驗技術的實踐應用外，全部風力發電環節中都會發生諧波電流問題。如果出現了諧波電流問題，將導致電能質量分析差[3]。因而，選用消諧技術，選用輸出功率逆變電路以及相關機器設備來高效地清除諧波電流很有必要。最后及時糾正電容器組，可以有效提升無功功率，控制諧波電流產生的影響，確保風力發電的總體技術進一步提高。四、新能源風力發電功率控制對策（一）發電機變槳距控制方法風力發電發電機組在使用在結構上依據風輪葉片和輪圈可分為定槳距風力發電機和變槳距風力發電機。定槳距風力發電機將葉片固定在輪圈上，操作過程中漿葉一般不會變動。變槳距風力發電機在日常運作時，需要處理風速變化，調節輸出功率和風力發電機設備制動系統。主要表現在變槳距風力發電設備在葉片和輪圈中間選用非剛性聯接方法，那樣葉片就能在運轉過程根據節徑的變化角度，以此控制輸出功率[4]。同時，在風速太大超過風力發電機設備切出風速力時，會自動停止運行，漿葉在風力發電機停止運行時維護發電機使其不受損害。（二）風速控制方法

調速方式在切入風速與額定風速發生變化的情況下，能追蹤最佳功率曲線獲取最大功率。（1000w風力發電機輸出功率曲線技術參數如表1）風速操縱的實際步驟首先需在風力發電機組并網時，復位整體系統，并把槳距角β初值設為0，判斷此時的風速。接著，分辨風速與切入風速標值，若風速大于等于切入風速，則風電發電機開始運作。在進入風速與額定值風速間的風速變化前提下，明確選用調速操縱的形式進行，可以結合轉速比數據信號與驅動器數據信號，經減速箱對發電機轉速控制，和發電機轉速給定值進行對比，從而形成一個適合于跟蹤功率曲線變動的閉環反饋全自動控制系統。完成對風力系數統計，獲取最大功率。表1風速m/s3456789101112輸出功率P（w）2065130240390580825110013001380風速m/s13141516171819202122輸出功率P（w）138013501310125511851095990875735570（三）偏航控制方法利用風速矢量方向變動調節風力發電發動機艙方位，從而使風力發電發動機艙能夠迅速指向風頻，獲得最大的風能對風設備，稱之為偏航控制系統。該系統的作用完成是由風輪推動風力發電發動機艙的偏向傳動齒輪進行工作，當與風頻完成指向后終止風輪裝運，完成對風動作。偏航控制系統的構造涵蓋滾動軸承、驅動設備及其控制設備，而控制設備也是由風向傳感器、偏航控制板及其解纜傳感器組成[5]?，F階段比較完善的控制系統分成主動和被動式兩類。從技術的可行性分析分，小型發電機組一般會使用被動式，而大型發電機組則選用主動型，這是因為風向儀的專業技術精密度所決定的。偏航控制系統是風力發電機控制系統關鍵部分。一般由偏航滾動軸承、偏航制動系統、偏航驅動機構、偏航基數器、偏航液壓回路及其扭纜維護等組成，讓風輪一直處于迎風狀態，提高發電效率確保發電機組運行時安全穩定。五、結語時代發展過程科學技術也會日益先進，風力發電技術進步范疇也會隨之擴張。因此，風力發電行業須對發電技術進一步升級，健全管理制度不斷改革創新。綜合而言，風電力能源與傳統能源對比，具備開發費用低、環境保護效益明顯、安全性高及其可再生等優點，因而得到了能源領域的高度關注，被作為主要的新能源去開發利用。風力發電用風速來推動機械設備產生滿足社會生產的電量，在發電量過程會受到機械系統限制，因此探究控制功率的策略勢在必行。Reference

[1]楊磊.淺談新能源風力發電及其功率控制[J].科學與信息化,2021,000(007):94,97.[2]艾美雕.風電場功率預測預報問