唐建国
会泽云能投新能源开发有限公司，云南 曲靖 654200
摘要：随着经济的发展，社会的进步，人们对于电能的需求量越来越大，随着当前对于新能源发电的越来越重视，水力发电与风力发电逐渐成为重要的发电系统将会在发电行业做出贡献。风能在全国范围内都有广泛的分布，由于其开发利用难度相对较小，同时，作为新能源，没有二次污染，其成本也是稳定可控的，所以风力发电逐渐成为当前发电的重点建设项目。随着国内对于风力发电的研究与应用的逐步开展，类似于风力发电机，控制风电系统，都得到了一定的进步与突破。为了使风力发电系统得到有效开发与应用，需要深入对于相关的技术设备进行研究，该文主要探讨了风力发电系统中的发电系统与控制系统的新进展、新研究。
关键词：风力发电机；风力发电；控制技术
引言：
风力发电技术是一项复杂的综合性技术，涉及到力学、空气动力学、机械学、材料学以及自动控制等多方面内容。风力发电控制技术是目前风电行业的研究重点。在风力发电系统中，有效控制风轮能够实现风能大小的调整，控制变换器、发电机等能够实现发电效率及发电质量的改善。文章针对风力发电及其控制技术进行分析研究，以此为相关行业提供参考。
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 风力发电机
2.1 传统风力发电机
传统风力发电机主要包括笼型异步发电机、绕线式异步发电机、有刷双馈异步发电机和同步发电机等。笼型异步发电机的原理是利用电容器进行无功补偿，在高于同步转速附近作恒速运行，采用定桨距失速或主动失速桨叶，单速或双速发电机运行。绕线式异步发电机工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻，从而调节发电机的转差率，发电机的转差率可增大至10%，能实现有限变速运行。双馈异步发电机可以降低异步发电机并网运行中功率变换器的功率。采用同步发电机极数很多，转速较低，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，可工作在起动力矩大、频繁起动及换向的场合。
2.2 新型风力发电机
新型风力发电机主要包括开关磁阻发电机、无刷双馈异步发电机、永磁无刷直流发电机、永磁同步发电机和全永磁悬浮风力发电机等。开关磁阻发电机具有结构简单、能量密度高、过载能力强、动静态性能好、可靠性和效率高的特点。无刷双馈异步发电机去掉了电刷，此种电机弥补了标准型双馈电机的不足，兼有笼型、绕线型异步电机和电励磁同步电机的共同优点。永磁无刷直流发电机枢绕组是直流单波绕组，采用二极管来取代电刷装置，两者连为一体，采用切向永磁体转子励磁，外电枢结构。永磁同步发电机采用永磁体励磁，无需外加励磁装置，减少了励磁损耗；同时它无需换向装置，因此具有效率高，寿命长等优点。全永磁悬浮风力发电机结构上完全由永磁体构成、不带任何控制系统，通过采用磁力传动技术和磁悬浮技术，可克服永磁风力发电机输出特性偏软的缺点。
3 风力发电控制技术
风力发电控制技术主要包括定桨距失速风力发电技术、变桨距风力发电技术、主动失速/混合失速发电机、变速风力发电技术等。定桨距失速风力发电技术采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术。变桨距风力发电技术从空气动力学角度出发，当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使输出功率保持稳定。主动失速/混合失速发电机是前两种技术的组合。低风速时采用变桨距调节可达到更高的气动效率，当风机达到额定功率后，风机按照变桨距调节时风机调节桨距相反方向改变桨距。变速风力发电技术是风机叶轮跟随风速变化而改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大的运行方式。与恒速风力发电机组相比，变速风力发电技术具有低风速时能够根据风速变化在运行中保持最佳叶尖速比获得最大风能、高风速时利用风轮转速变化储存的部分能量以提高传动系统的柔性和使输出功率更加平稳、进行动态功率和转矩脉动补偿等优越性。
4 风力发电机与相关电力电子变换器控制技术
4.1 风力发电机的控制技术
作为风力发电的能源就是风力，由于风力的方向、大小的不确定性，同时，随着高度增加，风力会越大，所以大多数的风力发电会处在高空中完成，发电机及其相关的设备也需要尽可能提高其效率，减少能量的损耗，可以充分地利用永磁发电机来进行风力系统的建设。还可以通过模块化的方式来进行电机的制造，以此来实现成本的控制。除此之外，可以进行发电机控制法，降低发电机的功率消耗，通过各种方法来尽可能地降低功率因数的变化。
4.2 电力电子转换器控制技术
作为电子转换器在风力发电系统进行应用，必须要具有以下几个特征：首先，需要具有比较广的使用面，能够在各种风力发电过程中得到有效利用；其次，还需要比较高的传输效率，能够有效进行传输之外还需要进行功率因素改变的处置；最后，还需要比较高的安全性能，从而能够有效地保证功率，有效地运转。只有满足以上几个方面的特征，才能够有效地进行电子转换器的设置，达到公共的发电控制系统的需求。
4.3 风能发电中谐波消除
在风机发电的过程中，谐波的存在会降低整体发电的质量，导致电压频率等都会受到影响，所以必须要采取方式将谐波去除，尽可能地减少对于发电的干扰性。谐波可能会导致发电机的损坏，甚至会导致出现同步的叶振谐波，甚至会导致发电设备的热故障，导致正常运行干扰，破坏正常的电子发电系统，影响传感器的正确性。为了消除谐波，可以通过电力变流或者是无功率增加对电容器进行调整等方式尽可能地减少谐波的影响。
4.4 现代控制技术
风力发电技术一般会有以下几种控制技术：首先是变结构控制；其次是自适应控制及智能控制等方式。在风电发电的过程中，其中变结构的控制技术应用范围比较广，主要是该方法响应速度快，设置方便，能够实现。其中，智能控制系统是当前十分重要的发展方向，但是由于当前数字模型的依赖程度比较低，所以需要进行有效的瓶颈克服，进行技术的突破，才能够有效地促进智能控制系统的完善。
5 结论
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：
［1］郑育松．风力发电系统机械变频控制技术［J］．装饰装修天地，2019，(23):390．
［2］李胜，张兰红，单毅．永磁同步风力发电系统控制技术综述［J］．微电机，2019，52(9):101-107．