摘要：社会发展至今，对于清洁能源的需求越来越大，风能是如今清洁能源的主要方式之一，也是提供电能的主要方式之一。风机是控制风力发电系统运行的主要方式之一，通过变速定桨距以及变速变桨距等运行方式来对风力放电系统进行控制。如何针对风机不同的运行方式来制定相应的控制策略，让风力发电系统可以最大程度上捕捉到风能并将之转化为电能以供人们使用，方便人们的生活。同时，进一步明确风力发电系统中风机的运行控制方法，为完善我国风力发电系统提供一定的参考。
关键词：风力发电系统；风机控制；控制策略
风机控制是风力发电系统的关键，良好的风机控制可以让风力发电系统更好的捕捉风能，并将之转化成电能。风速不同，风机的运行方式也有差别。如果风速过高，会有足够的风能可以捕捉，但是风机会进入不稳定状态，这种情况下就需要将风机的功率和速度限制在某一定值，以免出现安全隐患。在低风速情况下，可以捕捉的风能减小，风机就需要最大程度上捕捉到风能以提供使用。不同条件下风机的运行方式会对风力发电系统产生很大影响，所以需要适当的控制策略来满足风力发电系统的需求。在不同风速下选择适当的控制策略，是风力发电系统风机控制的关键所在，也是风力发电系统是否完善的标准之一。
要对风力发电系统的风机进行控制，首先必须明确控制目标，这样才能准确无误的开展工作。其次，要根据具体的情况，选取适当的控制策略来解决风机的运行问题。最后就是实施控制策略，让风机良好运行，满足风力发电系统的需求。对于控制策略的选取无疑是最重要的，在什么样的场合下选取适当的控制策略是对风机进行控制的关键。只有选择适当的控制策略，才能保障风力发电系统有足够的风能可以捕捉，并且保障捕捉的风能转换成电能的质量。
风机控制策略会影响到控制器的设计，一个合格的控制器可以让风机在不同风速下都可以良好运行。在不同风速情况下，转矩和转子的稳态值都会有一个具体的体现。控制策略可以以风速为参数，通过风机的运行轨迹来描绘其具体作用。
1.变速定桨距
定速定桨距的风机运行模式在一段时间内牢牢的占据风力发电系统的主导地位，主要原因还是这种运行模式简单。但是其控制策略单一，无法进行及时调整。在风速较低的情况下，无法捕捉到足够的风能转化成电能以提供使用，所以定速定桨距的风机运行方式越来越不满足与时代的需求，在近些年来已经逐渐减少，慢慢的被变速的风机运行模式所替代。相比于定速的风机运行，变速风机运行模式可以更好的捕捉到风能，尤其是在低风速的情况下更加明显。风机变速运行可以在低风速的情况下尽可能的捕捉风能，这是定速运行无法做到的。同时，风机变速运行动态载荷更小，而且电能质量更高。这种全新的运行方式无疑会慢慢的取代原先风机的定速运行模式。
风机在变速运行时，转子的转速要和电网的频率调和一致，这样才能最大程度上保障风能往电能方向的转变。风速较低时，控制跟踪变速风机的最大功率点。在风速较高时，控制风机的一定功率，保障其安全运行。
对于变速定桨距风机来讲，一般会有两种不同的控制策略。一种是带有被动失速调节的变速运行方式，另一种是带有辅助失速调节的变速运行方式。
1.1被动失速
在风速较低时，风机会以变速模式运行。当风速慢慢提升，风机的运行模式会慢慢的从变速切换为定速模式。在这个时候，风机的运行性能会和定速定桨距相一致。通过被动失速，慢慢的对其功率产生一定的限制。在失速前后，是风机可以捕捉风能的极限。如果还会有风能的捕捉，就表明风机可能过载，要及时进行调整，保障风机的安全运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风机的变速定桨距运行过程中，需要特别注意被动失速这一时间点，合理的控制策略，可以最大限度有效的保障风能的转化。
1.2辅助失速
这种控制策略不会有定速模式，整个运行范围都处在变速过程当中。在风机运行过程中，其转子和风速始终是成比例的，两者会一起增加，直到转速达到其预定值。当转速达到额定值时，风速依旧会继续增加，这个时候，风机会进入一个失速运行的状态。当风速增加到一定的程度时，风机会不断的捕捉到风能并将之全部转化成电能。这种辅助失速的控制策略在理论上有着最大风能捕捉的能力，但是在实际操作过程中会产生一定的问题。最主要的是一些过渡性问题，当风机运行达到其额定值时，如果出现风速突然增加的现象，会使得风机的负荷增加，影响到风机的使用寿命。当风速突然增高，空气的动力输入功率也就随着增大，风机的转子速度必须下降才能弥补这种功率差。这种情况下提供给电网的电能质量就会出现波动，会导致电能质量下降。因此在风机带有辅助失速调节的变速运行过程中，一定要注意当风机转子速度达到额定值时，环境风速的变化不能过大，保障风机的使用寿命，也保障转换电能的质量。
2.变速变桨距
变速定桨距控制策略慢慢的取代了定速定桨距控制策略，但是依旧存在这一定的缺点，这些缺点会影响到风能的转化率以及转化质量。因此，更加有效的控制策略就产生了。变速变桨距控制策略完善了变速定桨距控制策略存在的问题，成为了更加优先的选择，应用也越来越广泛起来。这种控制策略中，首先会确定一个风速区域，在额定风速区域一下，依旧是变速定桨距方式运行。当风速超过额定风速区域时，风机就会转变成变速变桨距的运行方式。桨距—叶片调节和桨距—失速调节策略都可以应用到这种运行方式。在低风速区域，风机的转子的转速和风速会成比例增加。当达到额定风速区域后，转子会被调节到其上限值，这个时候，风机的桨距角就会发挥它的作用，它会主要来控制风机的运行，保障风能的有效转换。
风机的变速运行让风机更好的捕获风能，在风速较低的情况下可以发挥出最大的作用。当风速较高时，就需要变桨距的方式来有效的调节风机的运行功率，保障风机不会受到损害，同时保障转换电能的质量。变速变桨距控制策略可以实现风能的最大捕捉，同时减少瞬变载荷带来的负面影响。当风机容量大时，变速变桨距的运行模式会比变速定桨距运行模式展现出更大的优势。当风速高于额定风速时，对于桨距和速度同步控制，对提升风机的动态性能有着很重要的意义。
3.结论
在环境日益恶化的今天，清洁能源变得越来越重要。风力能源作为最重要的能源之一，给人们的日常生活所需的电能提供了巨大保障。要想有效的将风能转化为电能，就需要选择合理的控制策略保障风机可以捕获足够的风能。在风速较低的情况下，采用变速定桨距的控制策略来捕捉风能。当风速提高，大到一定程度时，变速定桨距控制会有失速调节控制方案以及另一种控制策略—变速变桨距控制策略，这种控制策略尤其适合大容量风机。在风力发电系统中风机的运行方式不同时，应当选择与其匹配的控制策略来最大程度保障风能的捕捉以及其质量，这些控制策略的研究可以对后续的风力发电系统征集控制提供一定的参考，促进我国风力发电系统的完善。
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论文作者:吴玉华,朱定福,郭龙辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/3/27
标签：风机论文; 风速论文; 风能论文; 策略论文; 风力发电论文; 电能论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第30期论文;