关于风力发电技术与功率控制策略的探究

　　摘要风力发电作为一种新型的发电方式，不仅清洁而且成本低廉，在全球气候变暖的环境下，风能作为清洁能源受到广泛重视。风力发电技术发展迅速，如何控制发电功率是风力发电的重要内容。本文探讨了风力发电技术的基本趋势，并提出了功率控制的有效策略。
　　【关键词】风力发电 功率控制 有效策略
　　早在二十世纪初，人们就尝试利用风力发电。二十世纪三十年代，一些发达国家已经应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了小型风力发电装置，并广泛在多风的海岛和乡村使用，风力发电逐步推广。
　　1 风力发电技术的基本原理
　　风力发电的基本原理是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，即利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮、发电机和塔架三部分。
　　风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只或两只以上的螺旋桨形的桨叶组成。当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
　　塔架是支承风轮、尾舵和发电机的构架。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。
　　小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统，包括发电机和变流器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁或励磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
　　2 风力发电技术的基本趋势
　　2.1 风力发电容量逐渐增大
　　目前风力发电首要趋势就是发电的容量逐渐增大，目前风力发电基本都在1兆瓦以上，其中最大的容量已经达到了5兆瓦。目前一些发达国家，例如德国、日本，已经研制出7兆瓦以上的风力发电机组，而美国正在研制10兆瓦的发电机。从世界各国家风力发电的研究趋势显示，未来五十年，风力发电的容量最高将达到50兆瓦。
　　2.2 逐步发展海上风电
　　现在大多数的风力发电为陆上的风力发电，而海上的风力发电较少，但是目前风力发电技术发达的国家已经逐步开始进行海上的风力发电。海上风力发电的基本原理与陆上风力发电的基本原理趋同，但是优势更加明显。在海上建造风力发电设备可以节约陆上的土地资源，而且海洋上的风量要远远大于陆地上的风量，可以充分利用风能。目前我国的海上风力发电还处于研制开发阶段。
　　2.3 不断提高发电效率
　　近些年，随着科技的不断进步，风力发电技术有了明显的进步，但是从经济效益的角度来看，风力发电设备机组的使用寿命较短，使用年限往往不超过二十年，而风力发电设备比较昂贵，加上日常的维护，整体费用较高。因此风力发电技术正向一个高效发电的趋势发展，通过不断优化技术设计，减轻风力发电设备的负荷，并通过风力发电技术的改进，提升发电的效率。
　　3 功率控制的有效策略
　　3.1 功率控制的基本原理
　　风力发电功率控制的基本原理并不复杂，主要内容就是在一定的风速下，对风力机组输出功率进行有效控制。当风速的变化控制在一定数值范围内的时候，利用变速控制的方式，通过建立模型分析函数曲线，确定一个最优的功率曲线，因此获得最大的功率数值。当风速在限定的风速与输出的风速之间来回变化的时候，则利用变桨距调节的方式，改变桨叶与桨距角的位置，使额定的功率保持不断。这种功率控制方法的优点在于可以根据风速的大小，采用不用的功率控制方法，最终目的是实现风力发电机输出最大功率的电力，并保证风力发电机的稳定性。
　　3.2 功率控制的运作流程
　　在风力发电功率控制的方法中，变桨控制是使用最为广泛也是最为有效的方式，其实施的具体流程是通过优化风力发电机组的控制系统，并通过桨距来判断风速的大小。当风速小于切入的风速的时候，风力发电机组不做任何的变化，但是当风速在切入的风速与额定风速之间变化的时候，变速装置向传感器发出信号，进而来调节变化功率，反之亦然。总而言之就是构建一个内部控制系统，并通过额定功率作为一个定值来调节发电的功率。基本的流程可以由图1来表示。
　　4 结束语
　　随着风能的广泛应用，风力发电技术不断发展，主要趋势是发电成本不断降低，发电功率不断给上升，并且逐步从陆地风力发电向海上风力发电发展。为实现风力发电的规模化，要不断创新发电技术，实现风力发电的高效性，同时在功率控制方面，要结合实际，不断优化发电机组内部机构，使风力发电的电量更加稳定、高效。
　　
　　参考文献
　　[1]王志新,张华强.风力发电技术与功率控制策略研究[J].自动化仪表,2008(11).
　　[2]张超.风力发电技术与功率控制策略研究[J].电子制作,2013(07).
　　[3]王志新,张华强.风力发电及其控制技术新进展[J].低压电器,2009(10).
　　
　　作者单位
　　广东明阳风电产业集团有限公司广东省中山市528437