风力发电系统运行及控制方法

【摘 要】随着各类新型能源的开发与使用，风力发电系统作为一种新能源也逐渐应用于人们的生活与工作中，风力发电系统的使用不仅可以减少煤炭等资源的应用，保护环境，减少污染环境的气体，也可以不断地为我国提供安全、高效率的供电质量。本文就主要针对风力发电系统的运行及控制进行相关探究。

【关键词】风力发电系统 运行 控制方法

在提倡无污染、高效率发展的今天，各个国家也都在相继追求与研究风能以及其他各类新能源的发展，尤其是在现在这个能源及其短缺的情况下，风力发电系统的研究更显得极为重要。依据各种各样的运行方式和控制技术，风力发电系统可以分为恒速恒频系统和变速恒频系统，都可以有效地利用风能。

1 风力发电系统的系统结构

风力发电系统的系统结构主要是由风轮、齿轮箱、发电机和变流设备等设备组成，其中风轮主要是用于捕捉风能，然后再进一步将捕捉到的风能转化为机械能，而机械能转化为人们可以进一步使用的风能主要是由发电机来完成的，最终再由变流设备将发电机发出的频率转化为一样频率的交流电，再移送至电网就可以达到发电的目的。

在风力发电机中以小型风力发电系统为例进行简单介绍，小型风力发电系统主要是由小型风力机、交流发电机、三相不控整流桥、Boost变换器、单相并网逆变器、滤波器、直流调压负载以及本地用户负载等各个部分组成，这几大部分相互调节，和谐运作，共同促进了风力发电系统的正确运行与控制。

在对风力发电系统的运行控制过程中，为了实现风力发电机的最大功率跟踪，研究人员对Boost变换器进行了一系列的相关控制研究。

2 风力发电系统的运行

风力发电系统主要包括两种运行状态，即为最大风能追踪状态与额定功率运行状态。

2.1 最大风能追踪状态

风力发电系统的最大风能追踪状态，就是指当风速比额定风速低时，但是为了达到该风力发电机的最大输出功率，要不断地让风轮的转速随着风波的变化而不断变化，从而可以最大程度的利用风能，提高最大风能利用系数。

2.2 额定功率运行状态

在风力发电机进行运作的过程中，如果风速比额定风速要高，这时就需要研究人员通过调整叶片桨的距离以及风轮的转速，从而不断地减少捕捉风能，进而保证风力发电机的正常运行。风力发电机的运行控制也有很多种类，一般情况下，风力发电机依据其所处的状态的不同往往会存在很多的控制方法。

例如，当风力发电机的风轮转速比规定的标准风速较低时，这时就需要对风力发电机进行转速控制，所以就需要采取最大功率点跟踪控制方法，从而可以保证在最大程度上捕获风能，带动风力发电机进行发电。相反，当风力发电机的风轮转速比规定的标准转速较高时，为了减少捕获风能，让风力发电机的功率维持在这个额定值的附近，这时就可以采取恒定功率控制方法。从总体上来说，真正应用于实际的风力发电机基本上都是通过电气功率调节和叶片技术这两种手段来实现调控转速的目的，让那些偏高的或者是偏低的转速逐渐趋于稳定于标准转速。对于整个风力发电系统来说，风速的变化对于发电机的转速的控制具有很重要的影响，因为风力发电机就是一个依靠捕捉风能进而将风能转化为机械能，最终再将机械能转化为电能的装置。因此最大风能跟踪的控制方法逐渐成为提高风力发电机的整体运行效率的比较重要的因素之一。通过研究人员对风力发电机系统的研究分析，研究最大风能跟踪控制策略具有很重要的意义和使用价值，在基于最大风能跟踪控制研究的基础上，基于智能控制或者最优控制的这种方法以及成为未来风力发电系统的方向。

3 风力发电系统的控制方法

3.1 风力机的最大功率跟踪控制

本篇文章采用了一种比较简单的方法来研究关于风力发电机的最大功率跟踪控制等相关问题。当厂商将风力发电机进行出厂时，该厂商一般会为消费者提供一条有关最大功率―风速的曲线，该曲线上测得的风速主要是根据风速传感器测量而得来的数据，并且在控制器内已经将该曲线进行存储，并且将测出来的最大电流、最大功率等作为机器的参考值，并不断地在这个参考值的基础上实现最大电率的跟踪。

3.2 并网逆变器的控制方法

并网逆变器的控制方法比较综合全面，他主要分为并网前的逆变器控制、并网时的逆变器控制，以及并网后的逆变器控制，由于在这个并网逆变器的控制过程中的控制目标不同，所以在控制方法方面也有很大的不同。

3.2.1 逆变器并网前和并网时的控制方法

在逆变器进行并网之前，通常需要将逆器控制输出电压，然后再跟踪单相电网电压u的幅值、相位以及频率等，再使用电流内环的电压瞬时值反馈双闭环控制方法。通过这一系列的控制方法以及瞬时值的反馈，不仅可以在很大程度上提高整个系统的稳定性，简化设计，而且可以在很大程度上起到限制电流、保护电路的作用。

在逆变器进行并网时，研究人员要注意尽自己最大的可能来减小对负载和电网的冲击，而这篇文章所列举的就是在并网瞬间将负载电流作为逆变器输出电流给定值，于此同时，该逆变器的控制方法也需要将并网时的控制方法转换为并网后的控制方法。

3.2.2 逆变器并网后的控制方法

逆变器进行并网后，也需要根据具体的需求来改变控制方法，研究人员要尽自己最大的可能将逆变器的输出电流改为可以跟随本地负载电流的电流变化。例如，可以采用电压外环和电流内环构成的双闭环控制方法，在利用这种方法时，要注意电压外环就是根据逆变器的直流侧电压与其额定值的差决定的，在电流内环，要注意首先要将本地的负载电流放大之后作为输出电流的控制参考值，再向各个不同的电网进行注入，从而达到风力发电系统的最终目标。

4 结语

随着我国能源的日益短缺的形势极其严峻，再加上一些地区已经出现了很多电能供应不足的情况，风力发电机的运行与控制研究越来越受到人们的重视，虽然该系统的维护成本比较高，但是风力发电机为我们人类带来的优势是不可忽视的，鉴于其不仅可以推广电力的使用，而且可以减少环境的污染，故将其发展是非常必要的。

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