郭哲坤

（大唐山西新能源公司，山西 太原 030000）

近年来，我国的经济发展速度加快，人们在生产生活中需要越来越多的能源和资源，但是能源和资源是有限的，所以科学界陆续研发新型能源。而风能是可再生性能源，它在我们国家的运用较为普遍，其开发的难度较小。另外，风能给环境带来的污染是很小的，不需要投入太多的成本即可产生较大的能量，具有较好的应用前景。从现阶段一些专家学者对风力发电的研究来看，风力发电的主要研究内容是发电机的制造以及风机的管控，如果要充分发挥风力发电的作用，就应该对风力发电技术深入研究，具体到风轮的控制、变压器的运行、发电机等。

1 风力发电及其控制技术的进展情况

（1）国内风力发电的具体情况。从技术的角度来看待风力发电，可以发现，我们国家风力发电企业坚持三步走的战略，通过引进其他国家的先进技术、进一步消化和吸收、自主研发和创新。现在，国内主要使用的风电机组都是兆瓦级别的，这说明我国现在掌握了自主研发兆瓦级风机能力。另外，生产和制造风电设备行业也有了较大的发展，中国自产的机组具有较大的市场份额，并且国产的风电装备与现在的风电发展需求相一致，比如说，风电机与一些重要的零部件，然而技术要求更高的零部件还是依靠国外进口，如变流器和主轴轴承这类零部件。所以要不断地创新风电装备制造技术，具备自主研发的技术和能力，而风电控制技术是风力发电技术的重要内容，在当下的研究中具有重要意义。

（2）风力发电系统的控制。由于自然风在不同时期和不同气候条件下会出现不同风速和风向，所以有效地控制发电系统是一项重要的工作，首先需要有效地控制好机组内的切入和切出电网、对输出功率进行控制、并检测风轮是否出现运行故障、做好保护措施。风力发电系统的控制技术由之前的定桨距恒速运行技术发展至现在的变桨距变速运行技术，有了较大的突破和超越，达到了城市中基本的供电指标。在风力发电机组中关键的技术是机组功率的调节技术，包括主动失速、定桨距失速和变桨距调节等。当下，风力发电机组具备了变桨距变速运行技术，对风速和风向的变化进行控制，另外，风力发电控制系统不只是在机组内达到脱网、并网和调向控制的作用，还可以通过变距系统进一步管控好机组的运行速度和功率，从而确保风力发电机组的安全以及速度的加快，推动电力行业的快速发展。

2 风力发电及其控制技术的研究

（1）风力发电和电力电子变换器的控制技术：①电力电子变换器的控制技术。从整个风力发电系统中可以发现，存在着电力电子变换器，并且电力电子变换器的特征表现在多方面：使用面较为广泛，可以有效地用于大型风力发电系统中；风能转换过程中能量的转换率较高，完成转换后具备很高的传输效率；还可以完善无功功率因素；其使用的安全性和可靠性很高。电力电子变换器的运行功率高且功率范围也很大；该设备无须花费很多成本。通过运用pwm 整流器于风电系统中，能够最好地控制系统的最大功率。而运用整流器的时候，通过矢量的控制方法可以解除有功功率和无功功率之间的障碍，保证无功功率符合运行的相关要求。另外，pwm 整流器还可以使有功功率的输出量最大化，设置好直流环节并调整风电系统中无功和有功功率。②风力发电的控制技术。风力发电需要借助风力进行，这是因为风力与地面距离相差加大，这样一来，能量转化工作在空中就能完成。发电机和相关设备都需要努力提升工作效率，并且减轻物体的体重。永磁发电机的优势在于运行效率高且损耗较小，所以被普遍运用于风力发电系统中。发电机制造还可以通过模块化方式开展，这样能减少所需花费的成本，对风力发电系统的发电机进行管控的过程中，一般都会采用矢量的控制方法，这类方法有效地解除了交轴电流与直轴电流之间的矛盾，也就使系统功率的因数控制简单化。

（2）风轮的控制技术：①利用功率信号的反馈。利用功率信号的反馈进一步管控好风轮的功率信号，当风轮运行时，它们的功率与实际条件的改变是一致的，然后再对功率的关系作出分析，之后绘制出最大功率的曲线图，完成以上工作后接着做后面的工作。在实际操作时，还应该对比最大功率与系统中的实际输出功率，获取它们的差值大小，之后再进行风轮桨矩的调整工作，这样才有助于风轮的运行功率最大化。这种方式使成本无须花费过多，但是风机在正常运行时要获得最大功率曲线较为困难。②管控好叶尖速比。受到风力作用的影响，风轮中风叶尖端转动时具有线速度，并且将其称为叶尖速。其中叶尖速比表示为叶尖速与这个时间之内的风速形成的比值。对叶尖速比进行控制的主要方法是控制叶尖速比值，从而进一步改善风机的运行系统。因为风速不相一致，所以很难有效地确定出最合适的叶尖速比，应该适当地改变和调节叶尖速，并调节好风轮转矩，这样才能更好地调整风轮外边缘的速度，使叶尖速比得到优化处理。

（3）现代化的控制技术。风力发电中现代化的控制技术可以分为以下几种类型：鲁棒控制技术、变结构控制技术、智能控制技术以及自适应控制技术，风力发电系统中，以变结构控制技术为主，该技术运用广泛是因为具有很快的反应力、设计较为简单、实现难度不大；处理一些多变量问题时，鲁棒控制技术可以发挥出很好的作用，具有较强稳定性的鲁棒控制技术还能有效地处理好参数不准、建模出现误差或者物质系统受影响的问题；而智能控制技术最突出的方法是模糊控制，它无须过度依赖数学模型，只需凭借专家经验就能克服一些非线性因素带来的影响。目前，一台准确的风力发电机数学模型的建成概率较小，所以对风力发电机组进行控制的过程中，可以多使用模糊控制方法。

（4）风力发电中无功功率补偿技术与谐波消除技术：①无功功率补偿的技术。在感性元件的影响下，发电系统中一些无功功率呈现出消耗的状态，电压经过感性元件的时候，因为只是无功功率的消耗使得感性元件两边无电压变化，但是当电压较高时，经过感性元件的电流较大会给元件带来间接破坏。这时候，就要结合实际情况采取无功功率补偿技术，并且压抑住谐波作用。虽然无功功率补偿的应用很广，但还是存在一些不足。②谐波消除的技术。风机发电的时候，由于存在谐波就是整个电能的质量不高，也给电的电压及频率造成不良影响，使无功功率与有功功率间缺乏平衡，所以一定要把存在的谐波消除掉。具体开展过程中，因为谐波会影响风能的发电，首先，它会造成发电机的铁损和铜损，在发电机内产生超同步谐振的现象；电力设备在运行时，谐波会造成设备出现热故障，影响系统的正常运行等。而消除谐波可以从以下几个方面入手：第一，使用电力变流器和一些电力设备让相应的相位与谐波进行抵消；第二，适当调整电容器组，进而改变无功功率，从而减少谐波对无功功率的影响；第三，运用三角形的连接方式，这样能减少谐波的进入量。

3 结语

当下，风力发电产业发展前景很良好，但还是存在一些问题需要我们去解决和思考。很多风力发电企业还需要引进其他国家的先进技术，不光是风力发电机的控制系统，还有风力发电设备的制造，都需要借助其他力量才能完成。另外，在研制一些关键的零部件上，我们国家尚不具备先进的风力发电技术，并且规范程度也较低，所以这需要风力发电企业在重视自主研发技术、学习先进技术的基础上不断创新，从而形成自主知识产权，不断地促进我国风力发电技术的发展和进步。