田琪

（江西大唐新能源有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

随着科学技术的进步以及工业生产的规模扩大，可供人类使用的能源日益减少，能源呈现出短缺紧张的现象。所以借助先进的技术开发清洁能源、绿色能源、高效能源成为重点。在能源开发过程中，变速恒频风力发电技术可在一定程度上降低研发成本，提高风力发电的效率及电能质量，研究价值极为突出。

1 风力发电及变速恒频风力发电技术

1.1 风力发电概述

风力发电体现了人类对自然资源的充分利用。风力发的主体技术是通过对风压的利用，带动风车叶片不断旋转，以风车旋转的机械带动相应的发电机组，最终将风能化为电能。虽然各国对风能源都有不同程度的开发，但无论是在国外还是在国内，在风能源的利用上均处于初级阶段[1]。从某种角度而言，较强的自然风对人们的日常生活有积极与消极两方面影响。积极影响体现为，其能够转化成电能，为人们的生产与生活提供助力。消极影响体现为，可能会对生态环境造成破坏。因此，使用技术合理开发风能，并不断提升风能利用效率，不仅填补能源缺口，也能从侧面降低强风对生产与生活造成的危害。

1.2 变速恒频风力发电技术

变速恒频是常见的风力发电系统之一，该系统中发电机转速与风速变化有密切的关系，二者呈正相关[2]。在此基础上，采用一定的控制手段就可以实现恒定的频率。在风速发生变化的情况下，风力机实现变速运行，将会充分提高对风能的利用效率。目前，变速恒频风力发电技术已经被广泛应用于清洁能源领域中。根据对变速恒频风力发电技术的分析，总结该技术较常应用的变速恒频控制方案，体现为以下几种类型：

第一种类型为笼型异步发电机系统。该系统中的发电机，以笼型转子为主，通过定子电路实现对变速恒频的控制[3]。虽然此系统具备变速恒频的优势，但因变频器位于定子侧面，所以变频器容量需要等同于发电机容量，会增加系统的研发成本。

第二种类型为永磁发电机系统。该系统与第一种类型相类似，但采用的发电机不同。由永磁式结构转子代替笼型转子，以变频器的方式，将永磁发电机交流电转变为电网同频交流电[4]。此系统具有降低噪声、可靠性较高的优势，不过因发电机体积偏大，其研发成本虽然有所降低，但整体上仍然偏高。

第三种类型为交流励磁双馈型系统。该系统中的发电机，以转子交流励磁双馈发电机为主。由于此种系统中的变频器，仅供给转差功率即可，所以能够极大程度上降低容量需求，可灵活地对有功、无功功率进行控制。

2 变速恒频风力发电技术重要性及其优势

2.1 变速恒频风力发电技术的重要性

风力发电机组包括风轮与发电机，在发电工作中需要承担相应的负荷。从整体上来看，风力发电中的发电机组系统的地位比较显著[5]。通常来说，风力发电系统中的机组容量若表现为不断增加的趋势，能够从间接角度上说明风力发电机组的配置可能存在些许问题。在此种情况下，就需要对风力发电机组的设计进行优化。结合风力发电的实际情况应用变速恒频风力发电技术，能够在一定程度上确保风力发电机组的平稳运行，改善风力发电机组性能高的同时，进一步提高对变速恒频风力发电技术的利用水平。

2.2 变速恒频风力发电技术优势

变速恒频风力发电技术，在风力发电中的应用具有突出性优势。风力发电过程中，应用变速恒频风力发电技术，能够从最大功率角度上确保发电系统的平稳运行。不仅能在一定程度上增加风力发电系统的发电量，而且能提高风力发电系统的运行效率[6]。风力机的使用寿命与风力发电技术同样有着有密切的关系，应用变速恒频风力发电技术，能够最大程度上降低风力机的损坏发生率，使风力机的寿命得以延长，进而达到降低运行成本的目的。此外，借助变速恒频技术，可充分降低噪音。同时，应用计算机对电能的自动化管理，又能进一步提高电能质量、工作效率，为风力发电的发展奠定坚实的基础。

3 变速恒频风力发电的关键技术探究

3.1 变速恒频风力发电的工作原理

变速恒频风力发电关键技术的原理基础，是对风能的利用。依据自动化、智能化的计算机技术，实现对风能利用效率的提高。变速恒频风力发电中的风力发电机，是由风力机、发电机和辅助构建共同构成的[7]。风力发电装置运行中，发电机和风力机会共同发生作用，利用辅助构件，实现对各种能源的处理。具体体现为，强劲的风力会促进风扇的转动，在风扇转动下产生大量的机械能。同时，辅助构件齿轮箱会在风扇的带动下开始工作，并将机械能转为电能并传输到电网系统中。变速恒频风力发电与定桨距风力发电和机械转矩风力发电相比，调节的灵活性更强。一般来说，自然界中的风，始终以波动形式存在。因此，为确保变速恒频风力发电能够适应自然风，需要将自动控制系统安装到发电机上，以计算公式完成自动调整达到自动化目的，同时，减少工作人员数量。

3.2 直流与交流转化技术

在系统运行中，风力机、发电机装置均会随风速的变化而发生改变。通常情况下，上述两种装置与风速变化之间的关系会产生变速旋转性作用，最终产生电功率。发电机装置会产生交流电，利用整理器装置将交流电电流能够被转化成直流电。同时，利用逆变器使直流电在有源逆变反应下，形成新的交流电电源，此种交流电电源能够适用于电网恒定频率的变化。为保证直流与交流相互转化的稳定性，不仅要明确发电机装置都反应容量，也要明确变频器装置的反应容量，确保两种容量具有一致性。变速恒频风力发电技术应用于实践中的优势，主要体现为并网期间基本不会出现电流的冲击力，且基本上不会对风力发电系统产生影响。但考虑风险防控，针对频率变化作业需要采用静态的逆变器装置。所以，即使可以调节变速恒频风力发电系统中的无功功率，还是会有少部分的高频电流存在于电网接受的电流内。

3.3 风力发电机系统

新型的变速恒频风力发电技术逐渐应用于实践中，该发电系统能够从自动化的角度上，实现对发电机转速的调整。目前，变速恒频风力发电中，比较常用的发电系统是无刷双馈发电。该系统的定子绕组有两套，且各不相同。两种绕组分别是，能够直接与电网系统接通，以及需要利用双向变频器才能实现与电网系统接通两种。在风力发电系统在运行过程中，可对磁场电流进行利用，根据电流发电系统转速的变化，而随之发生改变，以此满足人们生产生活中对电能的需求。

4 变速恒频风力发电技术的应用分析

变速恒频风力发电技术是提升风能开发利用效率的重要技术，目前已在国内得到较高认可度。在众多风力发电企业中，对新兴的变速恒频风力发电技术应用最为完善。该技术的应用，不仅降低了企业以往使用恒速恒频风力发电技术的噪音较大现象，也充分提高了风力发电效率。依据该技术的要求，为进一步控制风力发电的成本，提高发电效率和电能质量，在风力发电中对该技术的使用方案优化中，主要从以下四个方面展开：其一，大型化发展。要促进风力发电机的大型化，减少发电机的占用面积，降低成本费用。其二，重视变桨距技术。对该技术的应用，可从技术保障角度上实现对风力发先机的控制，通过降低风力发电机重量、体积的方式，提高风能的利用率与发电量。其三，突出无刷化。在变速恒频风力发电技术改进中，应用无刷化可有效促使该发电系统的稳定运行。其四，从智能化角度实现控制。变速恒频风力发电中，应用神经网络智能控制方法、模糊控制方法等，对风力发电多参数变化、非线性因素变化进行克服。通过对变速恒频风力发电技术应用的改进，使企业的风力发电效率得到提升，同时提高经济效益。

5 结论

针对当前能源短缺的现象，电能开发多元化成为必然趋势。在众多发电方式中，风力发电不仅具有无污染的特点，同时也具有利用周期性长的特点。本文在对风力发电研究中发现，变速恒频风力发电技术相比于传统恒速恒频技术，具有运行效率高、稳定性好，使用寿命长等优势，并且变速恒频风力发电技术可以实现系统自动化调节，人员成本与安全性更高，解决电流两融效率也更好。在多种优势下，风电企业应用该技术后能获得更高收益，具有广泛推广使用的现实意义以及社会整体经济价值。