作者：邢镇韬
 

摘要：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。而且风力发电技术通过不断的完善以及创新，已经逐渐成为当前新型清洁能源中一个非常重要的组成部分，基于此，本文对风力发电机及风力发电控制技术理念概述、风力发电控制技术的发展现状以及风力发电机及风力发电控制技术进行了分析。

关键词：风力发电机;风力发电;控制技术

在能源和资源快速消耗的当下，自然生态环境也在受到资源消耗的影响逐渐恶化，因此，为了可以谋求经济健康稳定持续地增长下去，应该大力地开发一些新型的清洁能源来缓解环境的继续恶化以及资源的快速消耗。风力能源的出现，能有效地缓解当前阶段出现的能源危机，从而进一步有效地推动当前社会经济的不断持续增长。

1 风力发电机及风力发电控制技术理念概述

1.1 风力发电机

1.1.1传统风力发电机

笼型异步发电机属于传统发电机中最为常用的一种，其工作原理是使用用于无功功率补偿的电容器，以与同步速度平行的恒定速度运行，使用恒定上升攻击或有源信息亭刀以及与一速或两速发电机一起工作。绕线式异步发电机是基于电机转子由一个外部可变电阻组成，其工作原理是通过电力电子设备调节转子电路的电阻，以调节发电机的滑差速度，使发电机的滑差频率提高10%，可以实现有限的工作变速。

为了降低异步发电机网络中功率转换器的功率，在风力发电系统中广泛使用双电源异步发电机，并且可以通过控制转差频率来实现对发电机双馈速度的控制。然而，这种类型的发动机具有电刷结构，该电刷结构的可靠性可忽略不计并且需要频繁维护，使其不适合在环境非常恶劣的风力涡轮机发电系统中运行。

1.1.2新型风力发电机

新型发电机是近些年来风力发电机技术改进后的新型装置设备，比较有代表性的就是开关磁阻发电机，开关磁阻发电机基于其简单的结构与高能量密度的影响，有着较好的过载能力与动静态性，可以更好地保证其可靠性与效率。

无刷双馈异步发电机是基于对电刷取消只有实现的电磁调节效果，可以有效调节速度，永磁无刷直流发电机可以将二极管与直流单波绕组进行连接，效率更高，寿命更长。永磁同步发电机是在永磁体结构上实现低风速资源应用的重点，进而可以有效地推动发电时间与发电效果。

1.2 风力发电技术

现阶段我国常用的风力发电技术就是定桨距失速风力发电技术、变速风力发电技术、主动失速、混合失速发电技术以及变桨距风力发电技术。这些发电技术基本上都是依照空气动力学实现的风力运转与风力输出效果，在高效率影响下，风俗的变化与风力的变化之间形成了稳定的、趋于平稳的处理效果，更好的突出了转矩脉动补偿的优势，在风力发电中值得进一步推广应用。

2 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有任何控制，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。

3 风力发电机及风力发电控制技术

3.1 变桨距风力发电技术

从空气动力学的角度来看，当风速过高时，能够通过调节桨叶节距和改变气流对叶片攻角，进而改变风力发电机组得到的空气动力转矩，从而使输出功率保持稳定。采用变桨距调节方法，风机输出功率曲线平滑。当风吹时，塔筒、叶片和地基的影响比失速调节风力发电机小得多，可以降低材料的利用率，降低整机的重量。它的缺点是需要一个复杂的变桨距机构，需要阵风的响应速度快到可以减少风的波动引起的功率脉动。

3.2 变速风力发电技术

变速运行是风机叶轮的运行方式，其转速随风速的变化而变化，保持最佳的叶尖速度比和最大的风能利用系数。与恒速风力发电机组相比，风速随风速变化的变速风力发电技术在运行中保持最优的叶尖速度，获得最大的风能，当风轮转速变化时，风速变化较大，提高了系统的灵活性和传输能力，使输出功率更稳定，更有动力和功率转矩脉动补偿。

3.3 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。

3.4  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。

3.5 模糊控制

该方法也是一种较为典型的智能控制，其最大的特点就是将过往的经验以及相关的知识表达为语言规则进行有效控制，必须要认识到风力发电系统是随机性的非线性系统，因此模糊控制也非常适合于对风力机的控制，在发电机转速跟踪以及最大风能捕获等诸多方面，都取得了非常好的效果。而笼型异步发电机则是采用模糊控机制对跟踪设备进行改进，通过对参量的设置与学习，可以调节电机的轉动效率。

3.6 神经网络控制

人工神经网络凭借其丰富的非线性模型映射机制以及较为高效的自主学习能力，为自适应控制过程提高了极大的帮助。在风力发电系统当中，神经网络可以根据专家的经验，凭借以往观察风速的数据，对风速进行预测。此外，在变桨距风力发电系统当中，可以利用神经网络控制器在线学习，有助于实现快速捕获风能，有效减少机械负载力矩。也可以根据当时的实际情况，按照风速大小以及发电机的整体状况建立神经网络自适应控制模型，提高效率降低事故的发生率，从研究观测数据当中寻找出规律，并且充分利用这些规律对于未来所无法及时观测到的数据进行预测，从而实现了有效控制。

4 结束语

在现阶段的可再生能源技术当中，毫无疑问风力发电技术是发展速度最为快速的技术之一，虽然我国在这领域当中起步时间较晚，但是在总体应用上已经领先于欧美国家，并且在风电产业的发展上也具备了非常好的条件，幅员辽阔，部分地区常年处于大风环境中。然而对于某些关键技术，仍然是落后于人，因此想要在风力发电上取得好成绩那么就需要在这些关键技术上进行突破，才能够为我国经济的发展作出有益贡献。

参考文献：

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[3]宋国庆.风力发电及其控制技术新进展探究[J].科技资讯，2020，18（31）：55-57.