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1、风力发电机及风力发电控制技术摘要：进入 21 世纪，我国的经济、建筑、科技等领域高速发展，能源的消 耗量急剧增加，不可再生资源日益紧缺，让人们越来越重视可再生能源的开发与 利用。风能作为一种常见的、应用十分广泛的自然能源，具有开发潜力大、成本 稳定可控、无二次污染等优势。纵观我国风能应用情况，当前，风力发电技术得 到了进一步发展，但相较于发达国家，我国的风力发电技术仍然存在一定的滞后 性。为解决这一问题，必须深入研究风力发电机及其控制技术，以有效控制风力 发电机，从而让风力发电机具备更优的性能，提高风能的利用率。关键词：风力发电机；风力发电控制；技术前言资源、能源的庞大消耗是摆在人类发展面前的
2、巨大问题，在我国，快速发展 一度导致了严重的环境污染问题，经过长时间的治理才最终得到了令人满意的结 果，而目前面对能源的短缺，新时代如何更好地利用清洁能源，是发展的重要课 题。风力发电技术在我国多年的攻关下取得了较大的发展，开始成为清洁能源的 重要组成部分，本文将阐述目前我国应用的风力发电技术以及风力发电的控制技 术，并分析其中的优势，对未来的发展进行展望，为我国的风力发电事业提供理 论支持。1常见的风力发电机1.1 传统风力发电机（1）绕线式异步发电机。绕线式异步风力发电机的转子主要是由铜线绕制 的线圈，可以利用滑环让线圈末端与启动控制设备相连接，当发电机启动时，电 流相对较小，转矩则很大，
3、具备良好的可控性。利用电力电子装置，既能够调整 转子回路的电阻，又能够调节发电机的转差率，当转差率10%时，能够有限变 速运行。（2）笼型异步发电机。笼型异步发电机作为一种交流发电机，可以利 用定子和转子之间的气隙旋转磁场，使之和转子绕组中的感应电流彼此作用，因 此该发电机也被称作感应发电机。当笼型异步发电机运行的速度大于同步转速时 随着转差率的不断增加，输出功率也会增加；反之，输出功率会降低。（3）有 刷双馈异步发电机。有刷双馈异步风力发电机主要通过双端馈电运行方式实现定 子和电源、转子与电源之间的联系，让其处于并网运行状态，这可以在很大程度 上降低功率变换器的功率。（ 4）同步发电机。同步
4、发电机也是一种交流发电机 该设备转子的运行速度和定子旋转磁场的运转速度一致，其在运行过程中通常采 用直流励磁，若处于单机运行状态，则利用励磁电流加以调节，并可以调节设备 的电压。另外，同步发电机具备大量的极数，轴向尺寸相对较小，径向尺寸很大 且运转的速度不快，需结合励磁电流的调节结果来科学调节该设备的功率因数与 无功功率。1.2 新型风力发电机（1）无刷双馈异步发电机。无刷双馈异步发电机没有集电环装置，去除了 电刷，这一优化措施让风力发电机的运行具备更高的可靠性，解决了标准型双馈 电机存在的问题。同时，无刷双馈异步发电机具备传统风力发电机（绕线型异步 发电机、笼型异步发电机、电励磁同步电机）的
5、优势，能够跟踪最大风功率因数 实现风能的高效利用。（2）开关磁阻发电机。开关磁阻发电机具有较高的能量 密度、非常强的过载能力、较好的动静态性能，且设计结构简单，具备较高的可 靠性。（3）永磁同步发电机。永磁同步发电机仅安装了永磁体励磁，无须其他 的励磁，大大减少了励磁损耗。同时，该新型发电机无须换向装置，这显著提高 了设备的运行效率，延长了设备使用年限。（4）永磁无刷直流发电机。永磁无 刷直流发电机中的枢绕组主要采用直流单波绕组，用二极管取代了电刷装置，与 直流单波绕组共同构成了一个整体，可以借助内置式切向永磁体转子励磁，通过 电子电路换组控制整个设备。（5）全永磁悬浮风力发电机。全永磁悬浮风
6、力发 电机主要由永磁体组成，无须控制系统，但其在运行时往往会出现输出特性偏软 的不足。针对这一不足，可采用磁力转动技术与磁悬浮技术处理。2 常见的风力发电控制技术2.1 定桨距失速风力发电技术自 20 世纪 80 年代起，定桨距风力发电机组在风力发电领域得到应用，该系 统解决了以前的风力发电机存在的并网、运行安全与可靠方面的问题，主要利用 空气制动技术、软并网技术、自动与偏行解缆技术，通过在安装时固定桨叶节距 角，限制发电机的速度，并借助桨叶自身特点来限制发电机的输出功率。当风速 超过额定转速时，桨叶能够凭借叶片特有的翼型结构，通过失速调节自动保持额 定输出功率。在遇到大风时，流过叶片背风面的
7、气流会出现絮流情况，使叶片气 动效率降低，不利于能量的捕获，发生失速。因为失速是一个十分复杂的空气动 力学过程，当遇到不稳定的风环境时，难以准确计算失速效应，所以该技术不适 用于大型风力发电机的控制工作。2.2 变桨距风力发电技术基于空气动力学，若风速太快，可以通过调节桨叶节距，合理改变气流对叶 片攻角，以此来改变风力发电机组，获得空气动力转矩，确保发电机输出功率的 可靠性。利用变桨距调节方法，能够让风机输出功率曲线平滑。在风吹过时，相 对于失速调节，地基、叶片及塔筒对风力发电机的影响更小。2.3 电力电子变换器控制技术电力电子变换器控制技术主要用于大型风力发电机控制。电力电子变换具备 很高的
8、风能能量转换率，在风能转换以后，依然具备很高的传输效率和安全性， 也可以进一步降低无功效率。电力电子变换器拥有较大的功率范围、较高的运行 功率，而且成本相对较低。在风电系统中设置 PWM 整流器，能够更好地控制最大 功率，可以利用矢量控制手段解决整流器有功功率与无功功率的问题，使无功功 率满足整流器的运行要求。2.4 风轮控制技术在风力发电机运行过程中，需要在利用风能的同时，尽量减少其中的能量消 耗。对于风轮而言，应积极创新和优化相关技术手段，以控制叶尖速比。在风力 作用下，风轮的叶间转动速度是叶尖速，叶尖速和时间的比值是叶尖速比，通过 科学控制这一比值，能够进一步优化风速系统。在不同的风速作
9、用下，风轮的速 度比会受到风速大小和方向的影响，因此需要合理调整风速和风轮的速度，优化 速度比值，实现有效控制。针对功率信号反馈的控制，也可利用相关方式来控制 风轮的信号，当风力条件发生变化时，风能运行的功率也会发生变化，因此需合 理改变传输信号，对风轮的信号进行有效控制。可根据功率绘制相应的曲线，然 后在此基础上，对比各环节的功率，得到相应的差值，并以此为依据，科学设置 风轮等结构，让功率达到最大，最大程度上节省成本，并获得更高的控制效率。 在这一过程中，曲线的绘制是重难点，应采用有效的技术手段，如利用爬山搜索 方式科学、合理地控制风机的功率，这种方式生成的图像类似于抛物线。通过合 理增加风
10、能的速度，可以改变风机的功率，明确功率的最大点和风机的转速，对 比其中的惯性。结束语本文简要阐述了风力发电机以及风力发电技术，强调了风力发电控制技术对 于风力发电系统的重要性，同时，对目前热门、新兴的风力发电控制技术做了分 析，并展望了未来风力发电的发展方向。总体来看，目前阻碍风力发电的主要因 素还是技术，很多技术难关没有被攻克，导致风力发电技术不能带来更多的经济 效益，也无法提供更多的清洁能源，希望通过本文的总结和阐述，能够为风力发 电的技术突破带来一些理论参考。参考文献：1 郎泽萌.关于风力发电机及风力发电控制技术分析J.科技风，2020(23):133.2 李新宇，许傲然，张柳，戴宪滨.直驱永磁风力发电机无传感器控制 技术的研究J.电气应用，2014,33 (24):92 95.
