变速恒频风力发电系统的运行与控制

白雪华，王凯博，孙辛未

摘要：变速恒频风力发电系统在当今是发电系统中较为优良的一种发展方向。本文针对当今在风力发电系统方面进行了一系列的讨论。文章首先对风力发电系统的发展进行了简单的介绍说明，并对当今较为常见的风力发电系统进行了分析，阐述了不同种类风力发电系统的特点。文章后半部分则对较为主要的变速恒频风力发电系统进行了分析讨论，对如何提高风力发电系统的运行与控制水平进行了讨论，对风力发电系统运行与控制工作的改进提供了一定的参考。

关键词：变速恒频；风力发电系统；运行控制

前言：随着人们越发重视环保，在进行能源开发生产利用时，愈发倾向采用清洁能源，而风能便是当今具有良好发展前景的一种清洁能源，而且风能具有较多的开发手段，风能在我国西北部等地区储量较多，在进行开发利用时能够根据当地情况选择合适的利用方法其中利用风能进行发电是最为高效的一种能源生产措施。不同结构的风力发电系统其发电水平以及具体的电力应用也会存在着一定的差异，其中变速恒频风力发电产生的电能较为稳定，对其运行控制进行研究分析有助于对变速恒频风力发电系统的应用进行推广。

1.风力发电系统概述

1.1风力发电系统发展概况

风力发电系统在当今是较为受关注的一个领域，主要是由于该领域的发展能够帮助人们进行更加高质量的能源开发，人们的生活已经离不开电力，如何进行电力的生产是较为重要的讨论内容。传统的电力生产工作大多采用煤炭等各种化学能源产生相应的热能之后进行多次能量转换形成电能。地球上的气体一直在流动，而流动的气体形成风之后也具有能量，在过去化学物质能源较为充足的时候，很少有人考虑进行风能的利用，相较于实体能源，风能无法直观的观察，因此比较容易受到人们的忽视，一直到上世纪西方一些发达国家出现能源危机后，指导化学能源有限不能永久使用，便开始进行新型能源的开发。在进行新型能源开发时，也着重解决过去化学能源利用时常见的问题，包括污染以及对气候的影响等，因此在进行新型能源开发时大多从自然界中没有污染的方向获取能源，在对自然界进行勘察后，发现了水能太阳能和风能等一系列无污染可以利用能源，而如何进行利用便成了各国讨论的话题。当时对新型清洁能源的开发由于时间较早，人们的技术水平发展也尚不完善，仍有较大的发展空间，计算机技术和电子信息以及自动化技术的应用也不完善，因此对于技术水平要求较高的太阳能利用以及对地势要求较为特殊的水能开发困难较大，风能相对而言是较为简单的一个发展方向，通过风能获取机械能然后进行转化过程较为简单，因此不久后世界范围内的风力发电系统便纷纷成立，但是当时采用的技术相对而言研究较为落后，恒速恒频风力发电系统难以控制，直到现在技术的发展能够实现对速度的控制进行变速恒频风力发电，对其进行改进应用是当今较为重要的研究内容。

1.2风力发电系统的分类及特点

风力发电系统可以根据其运行特点进行分类，通过直观的方式可以分为并网和离网运行两大类，在进行并网运行时，风力发电系统无法离开电网系统，但是也由于电网系统的支持，这种运行方式的风力发电系统也具有一定的有点，首先便是损耗小，在电网的支持下，风力发电系统产生的电力能够通过电网进行传输，在传输过程中由于电网一般收到保护，受到外界环境影响较少，不必要的损耗能够降低。此外便是在后期维护工作方面较为简单，电网所处位置基本固定，而且有相应的档案记录，在进行维护检查时，能够对不同区域的电网进行针对性检查，一旦出现问题也能够及时定位对电网进行维护。虽然并网运行方式具有一定的优点，但也不是适用于所有环境，我国国土面积辽阔，一些地区地势较为险峻或者受到地质等各种环境因素的问题无法进行电网建设，或者建设电网成本较高，便无法进行有效的风力发电系统开发建设。这种情况下，改变运行方式采用离网运行风力发电系统能够有效地避免这些问题，在进行离网运行风力发电系统时，主要依靠各种其他设备作为支持，确保风力发电系统能够调节，其他设备主要是对风力发电系统进行调节，常见的设备包括柴油发电设备以及太阳能发电设备等，一般为了确保风力发电系统整体的生态性，大多采用的是太阳能发电系统进行电力补偿等各种调节，对发电系统的负载进行调节，能够实现对风力发电系统的控制。离网运行的风力发电系统对设备要求较高，但是能够适应于较多的环境状况，在进行风力发电系统建设时需要根据具体情况设计使用。

1.3风力发电系统中常见的问题

虽然风力发电系统具有环保性和实用性等诸多特点，但是当今风力发电系统依旧存在着一些问题需要解决，这些问题影响到风力发电系统的运行和控制效率进而影响发电水平。其中最为常见的问题便是发电系统内部功率控制不当，造成这一问题的主要原因便是内部结构载荷存在问题，其中各个结构的材料可能直接对载荷造成影响。除了材料和结构可能导致风力发电系统功率控制出现问题外，整体发电系统的控制系统设计也可能存在问题，人工控制出现问题的可能性较大，而且对信息分析能力较差同样无法充分发挥风力发电系统的有点，导致发电效率较差。

2.变速恒频风力发电系统的运行与控制

2.1 变速恒频风力发电系统的构成

变速恒频风力发电系统种类虽然较多，但是其整体结构基本都是分为风能接收并转换为机械能的结构和机械能转化为电能的结构，不同种类结构的变速恒频风力发电器在能量转化时采用的发电机组存在着一定的差异，但是所有发电机组基本上都包括齿轮箱和功率变换器同时结合相应的蓄电池或者电容器在实现能量转换的同时对这些结构进行控制能够实现通过变速对发电系统产能的控制，对产能进行合理的调动避免浪费产生的电力。

2.2变速恒频风力发电系统的功率控制

变速恒频风力发电系统的运行和控制中，离不开对风力发电系统的功率进行调控，发电系统的功率控制需要考虑较多的要素，首先便是发电系统的结构，在进行结构设计时需要根据发电系统自身的发电需求范围设计足够变化的功率空间，对结构的安排应当考虑周全，尤其是控制器结构，控制器能够保障风力发电系统的发电机正常安全运行，当发电系统所处环境的风速发生了变化时，控制器则能够进行相应的调控确保发电系统的稳定，使得生产的电压不会出现较大的变动。此外，在进行功率控制时，还需要考虑到发电系统的蓄电池结构可能存在的问题，蓄电池的存在未发电系统提供了较高的容错率，控制出现问题可以将电力暂时进行保存，避免功率超出负荷导致严重事故，应当结合先进无污染材料对电池结构进行优化，确保发电系统功率控制的安全稳定。

2.3变速恒频风力发电系统控制系统设计

控制系统的设计是影响变速恒频风力发电系统运行和控制水平的主要因素。在进行控制系统设计时，可以适当地引进先进的自动化技术以及机器学习技术，利用自动化技术对发电数据进行自动化记录形成相应的数据文件，如果需要也可以成图方便进行运行工作效果的分析，为后续工作的规划提供一定的参考。同时将数据结合机器学习技术能够进一步提高自动化水平，在进行控制时，能够提高自动化控制的精确性，避免控制时出现错误导致发电系统出现故障。

结语：变速恒频风力发电系统相较于传统的发电系统而言具有较多的有点，不同类型的变速恒频风力发电系统都具有一定的特点，可以适用于各种不同的环境，具有较高的效率而且成本较低，应当受到人们重视对其进行有效的推广。

参考文献：

1. 张文娟.变速恒频双馈风力发电空载并网实验研究[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版). 2018(02)

2. 李姗姗.变速恒频双馈电机最大风能追踪控制策略[J].装备制造技术. 2018(02)