風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)控制問(wèn)題綜述

黃永平

摘要：隨著我國(guó)提出的新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了空前的發(fā)展階段。本文主要是對(duì)現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電的具體情況進(jìn)行了分析，并總結(jié)了風(fēng)力發(fā)電的基本技術(shù)，對(duì)現(xiàn)存的一些問(wèn)題進(jìn)行了進(jìn)一步的討論，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;技術(shù)發(fā)展;控制問(wèn)題

當(dāng)今人們最關(guān)注的莫過(guò)于能源和環(huán)境的問(wèn)題。常規(guī)的能源主要包括煤和石油等，但是這些資源十分有限，并且還容易造成大氣的污染。所以，我們需要重點(diǎn)開發(fā)可再生的能源，尤其是對(duì)于風(fēng)能的開發(fā)，現(xiàn)今各國(guó)已經(jīng)在風(fēng)能的利用上取得了初步的成就。風(fēng)力發(fā)電是一種能夠再生并且無(wú)污染的產(chǎn)能方式，風(fēng)力發(fā)電的前景非常的好，所以很多國(guó)家的都選擇風(fēng)力發(fā)電作為新式能源。我國(guó)因?yàn)轱L(fēng)能的儲(chǔ)存量非常的大，并且分布十分廣泛，具有非常大的開發(fā)利用價(jià)值。近些年來(lái)，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電方面的技術(shù)正在迅速發(fā)展，但是與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。對(duì)我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀進(jìn)一步的探究，能夠更好地推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電方面的持續(xù)發(fā)展。

1我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

我國(guó)曾在2005年頒發(fā)了《可再生能源法》，當(dāng)中明確地提到風(fēng)能和太陽(yáng)能等都屬于是可再生的能源，明確了可再生能源在資源開發(fā)方面的主題地位。從技術(shù)層面上來(lái)講，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在日益的強(qiáng)健，這表示著我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的自主研發(fā)能力。并，隨著我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電的裝備在制造方面的進(jìn)一步提高，我國(guó)這方面的市場(chǎng)地位也在逐漸地提高。現(xiàn)今，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電的基本制造零件已經(jīng)能夠符合現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電的具體需要，但是一些例如變流器等要求較高的零部件，還是需要進(jìn)口。并且，我國(guó)相關(guān)的制造業(yè)還需要再技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，提高風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù)水品尤其是對(duì)于加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行技術(shù)的改革。

2.風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展

風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)主要是運(yùn)用了空氣動(dòng)力學(xué)以及自動(dòng)控制等多個(gè)方面的學(xué)科，是一種綜合性十分強(qiáng)的項(xiàng)目工程。在風(fēng)力發(fā)電方面，主要的研究難點(diǎn)就是風(fēng)電機(jī)組的大型化以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方式和技術(shù)等。

2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，這是因?yàn)椋?/p>

（1）大氣氣壓和氣溫以及濕度等因素對(duì)于自然風(fēng)速的影響十分重要，而且自然風(fēng)速和方向還隨著地貌特點(diǎn)等因素發(fā)生著變化，所以風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能也具有一定的隨機(jī)性。

（2）為了能夠更好地利用風(fēng)能，一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片直徑有60-100mm，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有著一定的慣性。

（3）自動(dòng)控制對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和脫網(wǎng)、輸入功率的優(yōu)化和限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對(duì)風(fēng)以及運(yùn)行過(guò)程中故障的檢測(cè)和保護(hù)中都應(yīng)得到很好地利用。

（4）一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)力資源比較豐富的地區(qū)環(huán)境都不是很利于人類生存，一般都是在海島或者是較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，還有甚者在海上，所以，再設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)需要考慮無(wú)人管理或者是能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這就對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出了更高的要求。

所以，現(xiàn)在很多人都致力于研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，這些研究對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的機(jī)組進(jìn)一步優(yōu)化有著十分重要的意義。而將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制上能夠取得更好的成效，對(duì)于優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有著十分重要的作用。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)當(dāng)中，能夠使風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步地提高，在控制方面上，從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展，而且還有向著智能化方面發(fā)展的趨勢(shì)。

2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略的發(fā)展

風(fēng)能的能量密度較小，而且也沒(méi)有足夠的穩(wěn)定性，會(huì)隨著風(fēng)向以及風(fēng)速等因素的改變發(fā)生一定的變化，這就需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片攻角能夠隨時(shí)變化，讓葉尖的速度比的偏離值達(dá)到最佳，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力效率以及輸入到傳動(dòng)鏈的功率發(fā)生變化，影響了風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電效率并引起轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)鏈的振蕩，會(huì)對(duì)電能質(zhì)量及接人的電網(wǎng)產(chǎn)生影響，對(duì)于小電網(wǎng)甚至?xí)绊懫浞€(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用柔性部件，這有助于減小內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，但同時(shí)也會(huì)使風(fēng)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜化，且轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)模塊會(huì)有很大振蕩。目前，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略研究根據(jù)控制器類型可分為兩大類：基于數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制方法和現(xiàn)代控制方法。傳統(tǒng)控制采用線性控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩或槳葉節(jié)距角，使葉尖速比保持最優(yōu)值，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲。對(duì)于快速變化的風(fēng)速，其調(diào)節(jié)相對(duì)滯后。同時(shí)基于某工作點(diǎn)的線性化模型的方法，對(duì)于工作范圍較寬、隨機(jī)擾動(dòng)大、不確定因素多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)并不適用。

3.存在的問(wèn)題及展望

這些年來(lái)我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)雖然得到了空前的發(fā)展，但是也出現(xiàn)了很多的問(wèn)題。

因?yàn)槲覈?guó)目前為止還沒(méi)有完全的掌握風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的核心技術(shù)和一些零部件的制作技術(shù)。在一些設(shè)計(jì)的技術(shù)上，我國(guó)每年都需要花費(fèi)大量的資金在專利以及生產(chǎn)許可證等上面，而且一些有自主研發(fā)能力的風(fēng)力發(fā)電企業(yè)，他們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)需要用到的應(yīng)用軟件以及很多數(shù)據(jù)都需要去進(jìn)口。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造中，風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)和逆變系統(tǒng)同樣需要大量在國(guó)外購(gòu)買，并且，一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要零件，例如軸承和齒輪箱等和國(guó)外生產(chǎn)的進(jìn)行對(duì)比在質(zhì)量以及使用年限和可靠性上都較差。而且，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃和我國(guó)的電網(wǎng)方面的計(jì)劃之間有一些出入，其上網(wǎng)的容量相比于裝機(jī)的容量小上很多。風(fēng)力發(fā)電的重點(diǎn)是進(jìn)行資源規(guī)劃，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電選址時(shí)經(jīng)常不會(huì)考慮當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)情況，在這種狀況下就導(dǎo)致了我國(guó)的很多風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量過(guò)大，和并網(wǎng)發(fā)電不適應(yīng)的情況。在2019年新建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量中大約有三分之一不能夠上網(wǎng)，輸送電是現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展的最大阻礙。最重要的是我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和相關(guān)的規(guī)定還不是很完善，例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在制造的過(guò)程當(dāng)中檢測(cè)、調(diào)試等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步規(guī)劃。

4.結(jié)束語(yǔ)

所以，對(duì)于我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的未來(lái)能夠更好地發(fā)展，我們需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的掌握，還要對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)建設(shè)，保證建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的容量都能夠上網(wǎng)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行合理的規(guī)劃和開發(fā)。最重要的是我們需要加強(qiáng)相關(guān)政策的建設(shè)，建立較為完善的風(fēng)力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)，以更好地促進(jìn)我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。