郎泽萌

摘 要： 能源和环境是21世纪人类面临的重大问题，面对有限的、不断减少的自然资源，全球都在高度关注再生资源，并致力于研究相关技术。我国的地理特点决定了风能具有很大的开发潜力。文章分析了常用的风力发电控制技术，希望能够为风力发电机的相关研究提供技术支持。

关键词： 风力发电机;发电控制;技术

在经济、科技、建筑、交通高速发展的新时期下，社会需要的能源也越来越多，但大自然中的能源是有限的，因此可再生资源就显得尤其宝贵。风能是一种常见的、应用领域非常广泛的再生能源，而且开发起来相对容易，成本低、污染小、应用前景十分乐观。

1 风力发电控制技术的发展现状

控制技术对于风力发电机的重要性主要体现在以下几方面：（1）风力发电机所获得的风能是随机的、无法控制的。风速、风向、风力的大小会随着客观自然条件的变化而改变，本身并不具有控制性，要想得到控制，就需要通过技术手段来实现。（2）风力发电机的风轮惯性很大，风轮叶片直径在特定的范围内可以有效利用风能。（3）风力发电所需要的并网、脱网都会用到控制技术。现阶段，很多技术都可以应用到风力发电领域，风力发电的控制技术也越来越先进，控制方向越来越多元化。定桨距型风力机只通过连接桨叶、轮毂并不能发生改变，在风速高于额定风速的情况下，通过失速原理可以限制发电机的功率。所谓失速原理，指的是气流达到一定程度的攻角后就会产生涡流。当外界因素让输出功率发生改变时，桨叶的被动失速调节就不会由任何控制，风力发电机组系统就会更加简化。然而，风轮的叶片重量很大，一些部件受力大，所以发电机组的工作效率较低，一些重要部件也很容易损坏。

2 风力发电控制技术浅析

（1）电力电子变换器控制技术。该技术的应用范围较广，在大型的风力发电系统中能够得到很好的应用。风能有着较高的能量转换率，转换后的传输效率同样很高，还能够进一步完善无功功率，安全性高。电力电子变换器的功率范围较大，运行功率较高，但成本并不高。在風电系统中加入PWM整流器，就可以有效控制最大功率，通过矢量控制的方式能够弥补整流器无功功率、有功功率的缺陷，让无功功率也能够符合整流器运行要求。PWM整流器可以实现有功功率最大化的输出量，只要按要求设置直流环节，调节风电系统的无功功率、有功功率便可。（2）风轮控制技术。①通过功率信号反馈进行控制。风轮在运行状态下，功率和实际风力条件的变化一致，分析功率关系，绘制最大功率的曲线图，就可以通过功率信号来控制风轮运行。实际操作过程中，还要比较最大功率和系统的客观输出功率，获得二者的差值，然后再调整风轮的桨距，最大限度的提高风轮的运行效率。这种控制技术的成本较低，但缺点是很难在风机运行的状态下获得最大功率的曲线。②叶尖速比的管控。在风力的影响下，风轮中的风叶尖端在转动时会产生线速度，即叶尖速。叶尖速比用来表示叶尖速以及时间范围内的风速比值。控制叶尖速比值就能很好的控制叶尖速比，继而控制风机运行。由于风速不一致，因此很难明确最理想的叶尖速比，所以要适度改变叶尖速，调节好风轮的转矩，以更好的调整风轮外边缘速度，以优化叶尖速比。（3）H∞鲁棒控制技术。H∞鲁棒控制技术是以Hardy空间作为理论依据的，通过个别性能指标来优化无穷范数，从而得到具有鲁棒功能的控制器。H∞鲁棒控制可以有效从护理多变量，基于严谨、精确的数学基础来解决建模初期产生的误差。在风能激励的情况下，H∞的相应范数最小，控制系统的输出非常稳定，对风力发电机组而言，H∞鲁棒控制技术十分重要，如果风向和风速并不稳定，而且频繁改变，就可通过H∞鲁棒控制原理来控制变速恒频的风力发电系统，实现系统对风能的快速跟踪，以最大限度的提高风能利用效率和捕获风能的效率。（4）模糊控制技术。这是一种最具有代表性的智能控制技术，其技术理论为模糊推理及语言规则，属于高级控制技术，该技术不会受到非线性因素的影响，具有很强的鲁棒性。通过模糊控制风力发电机组，能够显著提高风能的利用率，还能实现最大功率的追踪，而且还具有变速恒频优势。正是因为模糊控制技术的优点十分突出，所以在该技术不断发展的过程中，融入了人工智能、仿人智能、神经元网络等各种技术，对于风力发电机组控制技术的智能化发展具有重要意义。在变桨距并网型风力发电机组中运用该技术，可以全面改善控制系统的动态性，有效控制踢叶尖速比、风力机的转速和风轮桨距角，保证风力发电机组能够输出恒定频率、恒功率。与PID控制器相比，模糊控制技术能够更好的减轻个抖振问题，提高发电机组的运行效率和质量。

3 风力发电控制技术的发展前景

再生能源的开发、利用是全球范围内都在关注的问题，社会经济越发达，对能源的需求量就越大，因此风力发电技术受到普遍关注。（1）海上风电场技术。与内陆地区相比，海上的风力资源更加丰富，而且主导的风向更具有稳定性，周围环境对风电技术产生的影响比较小，十分有利于海上风电场的发展。然而，有些技术上的难题仍然是不可避免的，比如风电系统保护技术、海上风电场协调控制技术、海上风电场运输技术，如果上述技术问题能够一一得到解决，风力发电技术的稳定性就能大幅度提高。（2）最大风能的捕获技术。发电转速能否达到最好的控制效果是研究风力发电系统的关键，为了保证风电系统的稳定与可靠，需要不断的调控并网开关闭合。捕获最大风能需要不断的调节发电机的扭转功率和桨距，只有这样才能让那个风力发电技术迅速发展。（3）大容量的风电系统。为了满足社会日益增加的能源需求量，兆瓦级的大容量机组成为主要的发展趋势，可以最大限度的提高发电设备的利用效率，避免资源浪费，尽可能地给风电产业带来经济效益。然而，大容量机组在技术上实现起来非常困难，增加容量意味着要进一步改进风力发电设备、控制技术和各种材料，提高了工作难度。目前来讲，直驱式的永磁风力发电机以及多极永磁发电机是主要的参考对象，更是设计大容量机组的技术指导依据。

4 结语

21世纪，风力发电产业还是具有非常乐观的发展前景的，尽管仍然存在许多问题需要解决。风力发电企业除了不断研发风力发电控制技术之外，还要引进先进的机械设备，在零部件的研发方面，我国与发达国家还有很大差距，所以，应该从技术、设备两方面着手，不断汲取先进的经验，在此基础上实现自我创新，以推动风力发电技术的长足进步。

参考文献：

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