【摘 要】风力风电机组的运行过程中，发电控制系统是提高发电效率的关键，对此，只有电力单位掌握科学合理地控制技术，才能够创生产出更多电力，使发电企业获得更好的发展。基于此，本文对风力发电机组的控制技术进行论述，希望能够为有关企业提供参考。
【关键词】风力发电；发电机组；控制技术
风力发电的主要原理，即通过合理利用风能，使其转化为电能，生产电力为人们的用电提供服务。风力发电系统的运行过程中，如何提高效率，充分将风能转化为电能，提升电能的生产效率，确保电力系统的安全，是控制技术中的关键，也是促使电力企业创造出更多经济效益的重要环节。对此，需要电力企业加强对风电控制系统的研究，掌握科学的控制方法，以推动风电企业的发展。
1.风力发电机组相关概述
风力发电机组控制系统主要是由“空气动力学系统”、“发电机系统”、“变流系统”及其附属结构组成；电总体控制系统由“变桨控制”、“偏航控制”、“变流控制”等主模块组成，各种控制及测量信号在机组本体系统与电控系统之间交互。“变桨控制系统”主要负责控制空气动力系统的“桨距”，能够实现风能转换、功率稳定输出，此外，还能够保护发电机组的安全运行，因此是风机控制系统研究重点之一。“偏航控制系统”负责风轮自动对风及机舱自动解缆，一般分主动和被动两种偏航模式，而大型风电机组多采用主动偏航模式。“变流控制系统”通常与变桨距系统配合运行，通过双向变流器对发电机进行矢量或直接转矩控制，独立调节有功功率和无功功率，实现变速恒频运行和最大功率控制。
2.风力发电机组的控制技术应用
2.1定桨距风力发电机组的控制
定桨距风力发电机组主要采用定桨距风力机和双速异步发电机，定桨距恒速、恒频技术主要解决了风力发电机组并网和运行的安全性和可靠性问题，采用软并网技术、偏航技术、空气动力刹车技术等。通过控制发电机与电网之间晶闸管开度来限制并网瞬间冲击电流；通过传感、检测等实现自动偏航、自动解缆、90°侧风等功能；通过功率控制大、小电机的切换来解决风力发电机组低风速时的效率问题；利用桨叶自身的自动失速性能而非控制系统来限制输出功率；利用桨叶叶尖扰流器的空气动力刹车技术避免了灾难性的飞车事故。
由于桨叶节距角是固定的，当大于额定风速的功率无法通过桨叶自动解决失速问题，无法平稳的输出功率，并且，风力发电机组在启动时也要通过变距来获得足够的启动转矩，因此，风力发电机组的机型发展为可以调节节距角的变桨距风力发电机组。
2.2风力发电机组的失速控制
风力发电机组的运行过程中，由于风力大小的不确定性，因此，风轮的转速也会不同。待风轮在风力较大的情况下，其转速变化加快，此时风轮带动的发电机组转速也会提高。而为了保障发电过程的安全、可靠，则需要控制人员给予合理的调节控制。具体而言，在风速较快、风轮旋转速度较高时，控制人员可以控制系统，改变叶片浆距角，实现对发电机组发电效率的控制，使其能够在极端情况下保障安全；低风速下，使设备结构保持正常状态即可。
2.3双馈变速恒频型风力发电机组的失速控制
对于双馈变速恒频型风力发电机组而言，其主要特点，即具有风轮叶片浆距可以调节的特点，与此同时，由于风道机组是可以变速的双馈型发电机组，这便能够保障输出电压的横压、横频。具体而言，在自然环境中的风速较低时，控制系统可以通过改变转速与叶片浆距较，使风力风电机组处于最佳的发电状态，输出最大功率；在自然环境中的风速较高时，控制系统则可以通过改变叶片浆距角，使发电机组的运行状态稳定，输出恒定的功率。
2.4直驱型风力发电机组的控制
直驱型风力发电机组具有直接与风轮轴相连的特点，这表明，该系统的运行直接受到风轮转动的影响。
对于该类型的风力发电设备而言，应采用全功率的变流器。另外，基于安全管控考虑而言，对于直驱型风力发电机组的建设位置，应选择风力变化较为稳定区域，以避免风速过高或过低频繁转换，造成风力发电机的故障发生。
2.5混合型风力发电机组的控制
混合型风力发电机组的应用过程中，多元单级齿轮箱、中速发电机元件组成，其混合形式多是直驱发电机组与传统风力发电机组的组合。对于这类发电机组的安全控制而言，也应采用全功率变流器。
3.现代技术对于风力系统的发电控制
3.1滑模变结构控制
风力发电机组的运行过程中，受到风力变化情况影响较大，如风力频繁变化，则会导致风电机组的负载发生变化。由于风力变化的无规律性，因此，实现电力机组的精确化控制具有难度。现代技术这个呢，滑模变结构具有连续变化控制特点，应用于风电机组的系统控制，势必也能够提高控制效率，保障风电机组安全运行的同时，提高发电效率。例如，应用滑模变系统，可以根据风电机组所在位置的分力情况设置滑模系统的控制参数，当外部条件与系统设定条件相一致时，发电机组便会进行固定的滑模运动，保障发电机组的运行稳定，提高发电效率。
滑模变结构控制可以有效抑制外界的扰动对双馈变速恒频型风力发电机组的影响，同时满足了控制系统的鲁棒性，但是对于系统的抖振却成为控制系统的一大缺陷。近期有研究人员提出高阶滑模变控制方法，即将不连续的控制量作用在高阶微分上，不仅保留了传统滑模的优点，而且可以有效地消减系统的抖振现象，保持稳定的输出功率。
3.2最优控制
由于风力发电机组主要应用于风速变量不确定、干扰大、非线性的环境中,因此无法使用数学模型来达到精确地控制,而最优系统地控制可以利用线性化的模型设计找出附近的工作点,并利用反馈实现大范围下的精确解耦线性化,从而实现风能、风力的最大捕捉与控制，即实现风力发电机组的最优控制。最优控制系统对于有功、无功率输出以及电功率波动小的要求矛盾具有理想的折中方式,同时对因线路故障引起的电压扰动具有很好的抑制作用。
3.3矢量控制
矢量控制主要应用于双馈电机的控制系统中,又分为基于定子磁场定向的矢量控制、基于定子电压的矢量控制及基于气隙磁场定向的矢量控制等。矢量控制系统可以实现风能的最大跟踪,并可以实现有功功率与无功功率的独立解耦调节,且适用能力强抗干扰,并能在短时间内达到稳定控制。但由于转自电流励磁分量的多少影响发电机组的稳定性,因此回事无功补偿量的大小受限制。
4.结语
综上所述，风力发电系统对于保护环境而言具有重要意义，但风电机组的实际运行过程中，基于自然风力的频繁变化、忽大忽小，则也可能造成风力发电机组的损坏，影响到风力发电机组的生产效率。基于此，为了保障风力发电机组的稳定运行，保障安全，提高效率，则需要有关风电机组的负责单位加强对风电机组的控制技术研究，与此同时，只有相关单位掌握科学合理地控制技术，才能够真正意义上提高风电机组的发电效率。本文对风力发电机组的控制技术进行了探讨，希望能够为有关单位提供帮助。
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