（国华瑞丰（沾化）风力发电有限公司山东滨州256815）
摘要：随着经济的发展，能源问题越来越突出，为了有效缓解能源压力，人们加大了对新型能源的研究与开发力度，其中风能作为新型清洁能源之一，显示出了极大的应用价值。风力发电电气控制技术日趋成熟，并逐步得到应用，因此，探究风力发电电气控制技术及应用有着重要的现实意义。
关键词：风力发电；电气控制技术；应用
一、风力发电电气控制技术概述
风力发电是我国除水力发电外最成熟、规模最大的清洁发电形式，并且具有可再生的特性，根据2016年气象局的风能资源调查结果显示，我国风力发电的总储量达到14864万千瓦，增长了13.2%，装机总容量为16900亿千瓦，已经成为全球第四大风力发电的国家。在“一带一路”的大环境背景下，国家将把风力发电当做未来的发展重点。
大量实例表明，电气控制技术是整个风力发电当中的核心技术，主要体现在以下几个方面：
第一，风力发电设备长期处于室外，容易受到温度、湿度、气压、地形地貌等因素的影响，导致风力发电设备极强的不可控性和随机性，为确保风力发电系统能够持续稳定的运行，就需要进行强有力的监测控制；
第二，为实现风能的最大化利用，也需要稳定的设备电气控制技术；
第三，风力发电设备机组在进行并网和脱网时，利用自动化电气控制技术可以行之有效的提高设备运行效率，确保风力发电机组运行更加安全可靠；
第四，风能当中蕴涵着很大能量，因此风力发电设备周围环境相对比较恶劣，通过电气控制技术能有效的减少外界环境、自然因素对风力发电稳定性的影响。
二、风力发电的现状问题
2.1风力发电系统设备不完善
根据现状来看，许多风力发电系统的建设较为注重核心功能设备的安装，对于一些辅助性功能的设备存在一定疏忽，导致许多功能作用无法得到充分发挥，这种复杂动态也不利于风力发电系统的电气控制作业。同时，我国风力发电系统模型主要分为非线性模型和线性模型，其中非线性模型具有极高的复杂性，相比线性模型还存在着较高的不成熟型，不利于电气控制工作的有效展开。而线性模型的应用方向适用于传统风力系统，通过提高风能捕捉量对发电机的重要属性进行调节和控制，这种方法具有一定的简单性，但是其工作范围和工作环境存在一定局限性，而且传统的电气控制技术已经无法满足于风力发电系统的发展需求，极大阻碍着风力发电系统的持续发展。
2.2外界因素的不利影响
在风力发电系统的运行过程中，除了发电设备自身的故障问题会影响到发电系统的稳定运行，还存在着诸多外界因素的不利影响，主要包括有自然因素和人为因素。就自然因素来说，一般风力发电系统的建设都处于高水平面的地理环境，这些地方的温度、大气压、雷雨以及湿度等自然因素的变化较为极端，不仅会影响到风力发电系统的稳定运行，在很大程度上也会造成风力发电系统的损坏，严重影响到风力发电系统的正常运行。就人为因素来说，风力发电系统的控制工作具有较高的复杂性和专业性，若是工作人员不具备相应的专业能力和工作意识，在实际工作中很容易出现违规操作或疏漏操作，不仅无法有效保证风力发电系统的安全性能，也会造成诸多的不利影响，甚至是直接导致风力发电系统的故障问题。
三、风力发电的电气控制技术应用分析
3.1变速风力发电
变速风力发电，顾名思义，就是打破了发电机原有的恒速运动，当风速大小不同时，风力发电机的状态就会得到改变，这样一来，就可以根据具体的风速来调整其运行过程中的各种不同状态，以此得到恒定的发电频率。运行状态根据风速的不同改变，当风速较大时，发电质量以及发电效率会受到功率的影响，为了避免功率过大对其产生影响，我们要及时调控风轮转速的一系列指标；在风速较小时，我们也要力求获得更多的风能来满足平稳的输出功率。更重要的是，我国不同地区的风速的大小是不同的，其变化规律也千差万别。随着技术的发展，我们逐步深入了对这一技术的认识。从现如今的发展趋势看，该技术是未来发展的重头戏。常见的变速风力发电技术主要有以下几类，有笼型异步发电机类、永磁发电机类、交流励磁双馈型、无刷双馈发电机类以及磁场调制型等。它们的主要特点是风能转换效率较高，可以实现较好的柔韧性连接。此外，它们还可以实现对无功功率、输出功率的独立调节，调节变桨距的过程也更加简单，但转速的运行范围依然较大，这些特点均可以有效提高发电机组的功率质量。因此，我们要抛弃传统的恒速发电技术，实行变速发电。这项技术会在我国不同地区的风力发电厂得到广泛应用，是风力发电电气控制技术发展中的必经之路。
3.2变桨距发电
变桨距发电技术的主要目的就是通过改变桨叶角度对风电机组的风速功率进行控制，以此确保风力发电机组存在过高风速的时候能够得到有效控制。同时，在我国科学技术的不断发展背景下，变桨距的制造材料也出现了较大变化，在材料选择中逐渐倾向于轻材料，使得变桨距的整体重量逐渐降低，整体重量的减少不仅能够有效降低运行事故的发生几率，在很大程度上也给控制工作带来了便利条件。但是在变桨距发电技术的应用过程中，变桨距的运行稳定性较差问题一直无法得到有效解决，这就极大增加了人力资源和物力资源的消耗，相信在我国科学技术的持续发展下，其运行问题会得到有效解决。
3.3定桨距失速发电
为了解决发电机组运行过程中的并网问题，在1985年，定桨距失速风力发电技术逐步应用于风力发电技术当中。发电机组运行过程中非常重要的一项因素就是定网。为了有效地将其作用率提高，我国技术人员投入了很多的精力，最终将定桨距失速的风力发电技术与实际的风力发电相结合，并将新的发电技术与传统的风力发电的技术相结合，这样做可以有效稳定风力发电设备的运行轨迹。我们从中可以看出，该技术的一项非常重要的目的就是进行功率限制，因此，其自身的构造较为复杂，且体积和质量较大，即使可以达到限制功率的目的，整个机组的运行效率也难以得到保证。所以，在这项工作的推进过程中，它的一项主要工作就是进行功率限制。功率限制主要是通过复杂的叶片结构以及较大的质量来实现的。但这无疑会对发电机组的整体运行效率造成影响，在风力级数较高的地区当中，这项技术还没有得到广泛应用。所以，在将来的风力发电电气控制技术中，我们要考虑如何才能在风力较大的地区运用这项技术。
3.4主动失速发电
主动失速发电技术又可以称之为混合失速发电技术，而且主动失速发电技术还包含着定桨距失速发电技术和变桨距发电技术的基本特点，这种技术主要是通过桨距角的不同变化控制风能捕捉量和风速，以此来保证风力发电系统的运行效益。但是在主动失速发电技术的应用过程中，常常会出现严重失误状况，导致功率输出受到不同程度的影响，极其不利于针对风力发电系统运行效益的控制。
四、风力发电电气控制策略发展
风能能量密度低，稳定性差，在风向和风速方面存在有随机性变化的特点。风力机叶片功角在转动过程中不断变化，叶尖速比逐渐偏离最佳值，风力机输入到转动链功率也会相应发生变化，风电系统发电效率受到影响。转矩传动链振荡，影响到接入电网的电能质量，如果接入小电网，甚至会对电网稳定性带来冲击。风力发电机组一般选择柔性部件，内部机械应力会有明显减少，风电系统动态更为复杂。目前，依据控制器类型的不同，风力发电机控制策略方面的研究一般有两种形式：一种是传统控制方法，即线性控制方法，通过对桨叶节距角以及发电机电磁转矩的调整，叶尖速比始终处于最佳值，能够最大限度捕获风能，但是对于变化速度过快的风速，其调节作用相对较为滞后，存在有较多不确定性因素、工作范围大、随机扰动大，很难取得理想的应用效果。另一种是现代控制方法，包含智能控制、结构控制、自适应控制等，其中结构控制在实际应用中有着非常快的响应速度，设计简单，参数变化敏感性低，在风电系统领域有着非常广泛的应用；鲁棒控制在实际应用中能够实现对多变量问题的有效处理，使干扰位置系统、参数不准确、建模误差等方面问题得到解决；在智能控制方面，模糊控制属于其中一种典型类型，这种控制能够利用语言规则替代专家知识经验，提高控制有效性，克服非线性因素影响。风力发电机准确数字模型建立存在非常大的难度，而模糊控制有着非常好的应用效果，当前受到的重视度越来越高。人工神经网络主要利用工程技术手段等，构成各类不同拓扑结构神经网络，与生物神经网络较为类似，在风力机低风速节距控制方面有着非常好的应用效果。
结语
综上所述，根据全球能源供给现状，必须加强对新型清洁能源的开发。而就风力发电来看，为提高其电能转化效率，提高其发电过程中的稳定性，必须从风力发电电气控制技术入手，并结合其应用实践过程中所存在的问题，切实落实对相关技术的优化与开发工作，进而发挥出该技术经济价值与社会效益的同时，为风力发电电气控制技术的发展打下坚实的基础。
参考文献：
[1]邵金云.风力发电电气控制技术发展探讨[J].科技展望，2016.
[2]吕大朋.风力发电机组控制及运行维护技术[J].信息记录材料，2017.
[3]李轶男.试析风力发电设备的电气控制技术[J].中国战略新兴产业，2017.
作者简介：
刘春波（1985.12.20），性别：男；籍贯：黑龙江省齐齐哈尔市；民族：汉；学历：大专；职称：助理工程师；职务：风力发电检修副班长