关于风力发电技术关键问题的研究

发表时间:2020/8/5   来源:《当代电力文化》2020年8期   作者:李永利 曹凤志
[导读] 当下,我国面临严峻的能源紧张的局面
        摘 要:当下,我国面临严峻的能源紧张的局面,为促进电力行业实现健康、可持续发展,就需要科学合理的开发与利用风能。科技的发展与进步,极大的促进了风电发电技术的发展,作为一项极其复杂的综合性技术,与多方面的内容息息相关,如力学、空气动力学、机械学、材料学、自动控制等,也是当前风电行业的重点研究内容,为提高发电效率与改善发电质量,就需要有效控制风轮,调整风能代销、控制变换器与发电机等。
        关键词:风力发电;技术;关键问题
        1风力发电控制技术
1.1风轮控制技术
第一,叶尖速比控制。风轮风叶尖端在风力作用下,其转动线速度即为叶尖速,叶尖速比是叶尖速与该时间段风速的比值。为有效控制叶尖速比,可控制该比值,在此基础上实现对风机系统的有效优化。对不同风速进行充分考虑,然后将最佳叶尖速比确定下来,因自然风的速度与大小不能调节、控制,则为保证控制功能的完全实现,就需要有机调整与改变叶尖速,如风轮转矩,通过对风轮最外缘速度的调节可实现对该速比的有效优化。
第二,功率信号反馈控制,关于风轮功率信号的控制可以借助该方法,风轮功率在运行过程中会随着条件改变而出现一定改变。在绘制最大功率曲线时可以通过对功率关系的分析实现,然后陆续展开后续操作。在实践过程中认真对比、分析最大公路与实际输出功率,在得到二者差值的基础上对风轮浆矩进行有机调整,从而能够取得最大化的风轮运行功率。该方法对于控制成本的降低十分有效,但是值得一提的是在风机运行当中,在获取最大功率曲线时存在一定技术难度。
第三,爬山搜索控制。利用该方法来控制风机功率点时,其图像与抛物线具有一定相似性,最大功率点即为最高处。若不能确定当前工作点位置,关于风轮转动速度可以适当增加,这对于系统输出直流功率的改变十分有效,在直流功率增大的情况下,可以在抛物线左侧发现最高点,反之在右侧。同时,这种方法可及时找出最大功率点,然后有助于风轮转速的确定。但是,风轮转动过程中所产生的惯量较大,很难改变其转速。
1.2风力发电机控制技术
风力作为一种能量来源,能够促使风力发电。在距离地面位置较高处会产生较大的风力,为此,可以在高空完成能量的转换工作,尽可能的提高发电机与相关设备的工作效率、减轻其重量。永磁发电机具有一系列优点,如损耗小、效率高等,可以广泛的应用到风力发电系统当中。当前,在制造发电机时可以采用模块化方式,这对于降低制作成本十分有效。另外,发电机可以采用矢量控制阀,这有助于解除直轴电流、交轴电流之间的耦合,从而能够能够更加轻松的控制系统功率因数。
1.3电力电子变换器控制技术
这种变换器在风力发电系统中的特征具体如下。第一,使用面十分广泛,可以高效的应用到大型风力发电系统中,在转换风能时所获得的能量转换率较高,在完成转换后所拥有的传输效率较高;第二,对于无功功率能够获得有效条件,改善功率因素;第三,安全性、可靠性较高。在高效运行的基础上所具有的功率范围较大,设备运行成本较低,经济合理。将PWM整流器应用到风电系统中,为解除有效、无效功率之间的耦合同样可以采用矢量控制阀,确保无功功率能够满足运行要求。
        2我国风力发电技术发展所面临的障碍
        2.1风力资源的分布不均匀
        我国虽然风力资源丰富,但是其分布却十分不均,主要集中在西北地区、华北北部、东北地区及东南沿海地区,其他区域就十分有限。由于分布的不均匀性,造成了能够进行风力发电的区域需要面临远距离输电的问题。风力分布的不均匀性,同时也造成了一些电能消耗高的地区无法得到相应的电力供应。风力的资源匮乏的地区自然也无法在风力发电技术有所发展,造成的技术发展的不平衡。

另外,部分地区由于传统资源优势,对风力发电并不重视,忽视环境资源保护,这些地区即使有风电资源,也没有得到充分的开发利用,从长远来看,也应该对这些地区进行教育和布局,让清洁能源更多地在这些地区使用。
        2.2风力发电技术在安全方面存在不足
        风力发电不同于传统的发电方式,在安全性方面仍存在着隐患。风力发电设备就是其中的一方面,风力发电机体型巨大,如果倒坍后果难以想象。还有就是风力发电的电力运输,同样存在着安全问题,因为相应的电力运输技术和设备并不完善,仍需要大量的时间和资金的投入去解决。风力发电同时也还缺少相应的管理人员,目前还空缺着许多有经验的风力发电管理人才,应该加强电力人才的培养,不断引进优秀的电力方面技术人才,使我国风电事业的发展得到长久的保障。
        2.3风力发电的市场化水平低
        风力发电虽然已经有一定的发展时期,但在和市场对接方面仍处于起步阶段,商品化程度依旧很低。风力发电在商品化这一方面仍需要长时间的发展,才能有一台完善的市场机制。相应的市场化人才也是不可或缺的,风力发电需要的商品化人才依旧处于空缺阶段。国家和社会仍需要投入大量的人力物力财力发展相配套的设施和人员。
        3解决我国目前所面临问题的举措
        3.1优化资源分布
由于当前我国风力资源地区分配不均匀,因此需要对风力发电系统进行有效优化,某电力能源企业采取自主研究方式研发高压电穿越技术,截至2018年12月,总共完成高压电穿越项目27个,为企业带来超过一亿元收益,企业在风力资源相对不足的地区改造风场,进一步确定风场的相关运行情况,为安全性能提供优化解决方案,并根据不同的风场定制相关计划方案,使发电性能得到有效提升,电能的远距离传输损耗大量减弱。在同时,企业还对位于全国各地的风场同时进行高压电穿越测试,使这项技术能够适应不同地区、不同情况,从而有效提升风力发电的质量和安全性。
3.2产业结构升级
风力发电技术是在不断提升发展的,还需要进一步进行产业结构优化升级,最近,某一新能源企业着力于发电系统拓扑研究,并依托变频控制,这一项目本身内容结构简单功能全面,并且造价成本相对低廉。为提升实际测试有效率,技术人员在珠海使用3MW风机进行台风测试,测试结果表明,当风速达68.5m/s下,机组设备依旧可以稳定运行,还可以借助台风中的风力资源,为风场带来额外发电电量。产业结构的升级还可以带来技术发展,在电白黄岭风电场,机组电机累计发电量接近80%,远超过同一水平的其他机组电量。
3.3提升机组安全性能
进一步加强对风力发电机组的安全管理,能够有效提升机组的整体运行性能。当前,经济全球化影响进一步加深,我国与其他国家的商业交往日益频繁,新能源企业对于技术和相关知识产权的重视程度也在不断提升,企业也打破资本主义国家的技术壁垒,开始进行自主研发,逐步拥有具有自主知识产权的专利技术和设备,某方面企业在2018年全年完成技术研发,在技术研发上投入3.63亿元费用,除此之外,该企业还完成了海上的风速风电机组平台设计,在新的风力发电技术研发方面,该企业通过算法研究、大数据引进,对相关故障开始进行智能判断,并形成设备的全生命周期管理模式,提升风机安全性能,发布智慧风场新型产品,从而提升供风机的使用安全性和风场的运行效率。
        结束语
由于人们的生活水平不断提高,用电需求也日益凸显,所以对于电能的开发利用需求,越来越迫切。而在当今发电技术当中,风力发电是最要紧关键的组成元素,利用有关的机器设备和技能可以将风能转变为电能,以供人们的日常需求用电。并且为了能够提高能源转化率,应进一步的强化技术革新,才能真正迎合当今时代的需要。
参考文献
[1]宋海辉.风力发电技术及工程[M].北京:中国水利水电出版社,2009
[2]王凡.风力发电机的叶片设计方法研究[D].南京理工大学学报,2007(6)
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