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【摘 要】 随着我国社会经济的飞速发展，人们越来越重视周边的环境问题，目前，全球气候变暖的情况逐渐严重，雾霾天气愈加频繁，风力发电作为最新形式的发电方式出现，不仅环保无污染而且成本低廉，受到了人们的广泛关注。由于风资源具有不稳定的特性，如何对风力发电的功率进行控制，将成风电能否最大化利用的关键。本文就针对风力发电技术与功率控制进行分析讨论。
【关键词】 风力发电；功率控制；节能环保
引言：
风力发电技术从理论上讲符合现代社会人们对电力的需求，既环保又节约能源。但是从风力发电技术的实际应用来看，其在应用过程中还存在着一定的局限性，工作效率，功率稳定性等都有待提高。对风力发电机技术与功率进行控制对于促进风力发电机的发展，推进风力发电机作用的发挥等都有着重要的意义。
1、风力发电技术
风力发电技术是一种將风能转换成电能的技术，其中风力发电机组起着决定性的作用。我国是一个风能资源蕴藏量大国，因此集中力量开发风能资源已成为我国新能源开发的重要环节，预计到2020年风电装机规模将达到250GW以上。随着时代的发展，我国风力发展技术也呈现出应有的发展态势，例如风电机组单机容量向大容量方向发展、风电场向海上风电方向发展、风力发电机组运行方式向变桨及变频恒频方向发展、风力发电机向无齿轮箱直驱式方向发展等。
2、风力发电技术分类
2.1变速风力发电技术
风力发电机组分恒速恒频风力发电和变速恒频风力发电。变速风力发电技术是改变了风力机的恒速运动规律，可以根据风速的变化调整运行，保持恒频发电，当风速小时争取获得更大的风能，风速过大时调整储存转化能量，比恒速风力发电机组的实用范围更广泛。变速风力发电技术可以根据风速的变化保证恒定的最佳叶尖速比，低风速时尽量获取多的风能，以保证平稳输出；高风速时及时调整风轮转速储存能量，避免功率过大。当风速变大风能变强时风轮可以吸收储存部分的风能，提高了传动系统的柔性，减轻了主轴承受的应力及扭矩。通过电力电子装置的作用，变速风力的风能转化为可以输入电网的电能，使风力机组安全平稳的运行，能量传输机构系统也平稳运行。不同地区的风速大小变化不同，恒速风力发电技术只能适用于部分风速符合要求的地区，而变速风力发电技术可以适应不同的风速区，扩宽了风力发电的适用范围，推动了我国风力发电市场的发展。
2.2变桨距风力发电技术
从空气动力学角度考虑，当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角，改变风力发电机组获得的空气动力转矩，以保持稳定的输出功率。采用变桨距调节方式，风机输出功率曲线平滑，在阵风时，塔筒、叶片、基础受到的冲击较失速调节型风力发电机要小，可减少材料使用率，降低整机重量。它能自动调节叶片桨距角度，适应不同风况下功率的调节，特别是使得在接近额定风速附近得功率曲线充实，增加风力发电机的年发电量。但其也有一定的缺点，即其需要一套复杂的变桨距机构，变桨距机构的设计要求对阵风的响应速度足够快，以减小由于风的波动引起的功率脉动。同时，变桨距执行机构及液压驱动系统较复杂，运行可靠性难以有效保证，其成本也较高。
2.3定桨距失速风力发电技术
定桨距风力发电机迈入风力发电市场是在20世纪80年代中期，其研制成功解决了发电机组的并网问题，运行安全可靠。定桨距风力发电机主要是软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术三种技术的结合。定桨距风力发电机组的特点是桨叶与轮毂固定连接，在风速发生变化时，桨叶的迎风角度不发生变化结合桨叶翼型本身的失速特性，在风速高于额定值时，气流的功角就会达到失速状态，可使桨叶的表面的表面产生紊流，使发动机的效率降低来达到限制功率的目的，风力发动机的这一特性控制发电系统安全可靠，但是为了达到限制功率的目的，导致叶片重，结构复杂，机组的整体效率较低，所以说当风速达到某一限度时必须要停止使用。发电机转速是由电网频率限制，输出功率由桨叶本身性能限制，当风速比额定转速高时，桨叶能够通过失速调节功能将功率控制在额定值范围之内，其起到重大作用的是叶片独特的翼型结构，在遇到强风时，流过叶片背风面的气流产生紊流，降低叶片气动效率，影响能量捕获，产生失速。失速是一个较为复杂的过程，在风速不稳定时，很难得出失速的效果，因此很少用来控制MW级以上的大型风力发电机。
3、风力发电功率控制的有效策略
3.1对风向标与输出功率进行控制
风向标与输出功率的控制关系着整个风力发电技术的应用，在对风向标与输出功率进行控制的过程中，有关人员应对以下几个方面给予一定的重视，加强对风向标与输出功率的管理：（1）掌握相关理论知识。理论知识是进行实际工作的基础。因此在进行实际工作的过程中，工作人员首先应对风向标以及输出功率的相关理论知识进行了解，通过加强理论知识认识，提升风力发电技术的应用水平。（2）掌握风向标与输出功率在实际工作过程中的应用标准。风向标与输出功率在进行应用的过程中需要遵守相应的标准，这些操作标准主要对风向标以及输出功率等的操作质量进行保障，确保可以通过风向标与输出功率对风向的大小，方向等进行合理的判断。
3.2风力发电厂中对风轮进行控制
风轮承担着将风能转化为系统的机械能，它是整个系统的能量的输入，风轮同样也能够改变能量输入烦人多少，我们通过控制风轮，来达到对系统的控制。根据公认的贝兹理论，实际上风能转化为电能的比例最多能够达到59.3%。风力发电系统要达到最大的转化率，首先要保证风能在获取过称中最小的消耗。对于风轮单方面来说，获得最大功率的控制方法主要有以下三种：
（1）爬山搜索（HCS）控制功率点的图像犹如一个抛物线，将它看做一个小山，则最高点就是最大功率点。当我们不确定目前工作点在哪，可以适当增加风轮转速，系统输出的直流功率会改变，如果直流功率增加，则说明在山的左边，反之则在右边。通过这种方法可以找到最高点，以确定风轮转速。但这种方法有一定缺点，风轮的转动惯量较大时，就很难改变转速。（2）叶尖速比（TSR）控制。叶尖速就是指风轮最外边缘，也就是风叶的尖端在风力推动下转动的线速度，风力推动风轮的边缘速度与此时的风速的数值比被称为叶尖速比。叶尖速比控制就是控制叶尖速的比值来到达系统的最优化，我们根据不同的风速来确定最优的叶尖速比，其确定最优的转速在控制时，大自然的风力的大小，风速是不可调节的，所以我们可以通过改变叶尖速来达到控制作用，可以改变风轮的转矩，来改变风轮边缘速度的大小，来获得最优的转速，达到最优的叶尖速比。（3）功率信号反馈（PSF）控制对于功率信号的控制，我们采用此种方法的基础是风轮运行时的功率是根据条件变化的，我们根据功率关系绘制出相应的最大功率曲线，再以功率曲线为基础进行相应的操作。一般就是在实际工作中，对比最大功率与系统的实际输出功率，得出两者之间的差值，据此来对风轮桨矩进行一定的调整，最终就可以得到最大功率。相比于第一种方法，运用此方法的一个最大的优势就是能够减少控制成本。但也存在一个问题问题，如何在平时运行中获取最大功率曲线。
3.3风力发电中对风速进行控制
风速是决定风力发电效率以及风力发电质量的重要因素。因此在进行风力发电技术与功率控制研究的过程中，如何对风速进行控制成为了主要的研究方向之一。具体来说，在进行风速控制的过程中，有关工作人员应注意以下几个问题：（1）对风速控制的相关知识产生认识。风速控制要综合的考虑多方面的因素。首先，应对自然风速进行有效的监测，掌握自然的风速以及风速的变化趋势。其次，明确风速的调整。风速的调整是通过风力发电设备对自然风速进行一定的调整，一般是通过风力发电设备功率以变桨距的调整来达到风速调整的目的。（2）严格遵守风速控制相关程序。风速控制有着一定的程序，需要经过正确的操作，才能有效的对风速进行调节。首先，要对风速的实际情况进行了解。其次，把握好实际风速与切入风速，激发风机开始工作。在进行风速调节的过程中，一定要对多种因素进行考虑，尤其是针对切出风速小于实际风速的情况进行有效的调节。
3.4功率控制的运作流程
在风力发电功率控制的方法中，变桨控制是使用最为广泛也是最为有效的方式，其实施的具体流程是通过优化风力发电机组的控制系统，并通过桨距来判断风速的大小。当风速小于切入的风速的时候，风力发电机组不做任何的变化，但是当风速在切入的风速与额定风速之间变化的时候，变速装置向传感器发出信号，进而来调节变化功率，反之亦然。总而言之就是构建一个内部控制系统，并通过额定功率作为一个定值来调节发电的功率。基本的流程可以由图1来表示。
4、结束语
随着风力发电技术的发展，风力发电机组的单机容量持续增加，同时风力发电技术的发展态势相当乐观，此外风能发电的开发逐渐规模化，以此来实现风力利用的可靠性及高效率。
参考文献：
[1]张蔷，王广梅.关于风力发电技术与功率控制策略的探究[J].电子技术与软件工程，2014，03：174.
[2]王志新，张华强.风力发电技术与功率控制策略研究[J].自动化仪表，2008，11：1-6.
[3]魏宪华.关于风力发电技术与功率控制策略的研究分析[J].湖南农机，2013，11：99-100.
【关键词】 风力发电；功率控制；节能环保
引言：
风力发电技术从理论上讲符合现代社会人们对电力的需求，既环保又节约能源。但是从风力发电技术的实际应用来看，其在应用过程中还存在着一定的局限性，工作效率，功率稳定性等都有待提高。对风力发电机技术与功率进行控制对于促进风力发电机的发展，推进风力发电机作用的发挥等都有着重要的意义。
1、风力发电技术
风力发电技术是一种將风能转换成电能的技术，其中风力发电机组起着决定性的作用。我国是一个风能资源蕴藏量大国，因此集中力量开发风能资源已成为我国新能源开发的重要环节，预计到2020年风电装机规模将达到250GW以上。随着时代的发展，我国风力发展技术也呈现出应有的发展态势，例如风电机组单机容量向大容量方向发展、风电场向海上风电方向发展、风力发电机组运行方式向变桨及变频恒频方向发展、风力发电机向无齿轮箱直驱式方向发展等。
2、风力发电技术分类
2.1变速风力发电技术
风力发电机组分恒速恒频风力发电和变速恒频风力发电。变速风力发电技术是改变了风力机的恒速运动规律，可以根据风速的变化调整运行，保持恒频发电，当风速小时争取获得更大的风能，风速过大时调整储存转化能量，比恒速风力发电机组的实用范围更广泛。变速风力发电技术可以根据风速的变化保证恒定的最佳叶尖速比，低风速时尽量获取多的风能，以保证平稳输出；高风速时及时调整风轮转速储存能量，避免功率过大。当风速变大风能变强时风轮可以吸收储存部分的风能，提高了传动系统的柔性，减轻了主轴承受的应力及扭矩。通过电力电子装置的作用，变速风力的风能转化为可以输入电网的电能，使风力机组安全平稳的运行，能量传输机构系统也平稳运行。不同地区的风速大小变化不同，恒速风力发电技术只能适用于部分风速符合要求的地区，而变速风力发电技术可以适应不同的风速区，扩宽了风力发电的适用范围，推动了我国风力发电市场的发展。
2.2变桨距风力发电技术
从空气动力学角度考虑，当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角，改变风力发电机组获得的空气动力转矩，以保持稳定的输出功率。采用变桨距调节方式，风机输出功率曲线平滑，在阵风时，塔筒、叶片、基础受到的冲击较失速调节型风力发电机要小，可减少材料使用率，降低整机重量。它能自动调节叶片桨距角度，适应不同风况下功率的调节，特别是使得在接近额定风速附近得功率曲线充实，增加风力发电机的年发电量。但其也有一定的缺点，即其需要一套复杂的变桨距机构，变桨距机构的设计要求对阵风的响应速度足够快，以减小由于风的波动引起的功率脉动。同时，变桨距执行机构及液压驱动系统较复杂，运行可靠性难以有效保证，其成本也较高。
2.3定桨距失速风力发电技术
定桨距风力发电机迈入风力发电市场是在20世纪80年代中期，其研制成功解决了发电机组的并网问题，运行安全可靠。定桨距风力发电机主要是软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术三种技术的结合。定桨距风力发电机组的特点是桨叶与轮毂固定连接，在风速发生变化时，桨叶的迎风角度不发生变化结合桨叶翼型本身的失速特性，在风速高于额定值时，气流的功角就会达到失速状态，可使桨叶的表面的表面产生紊流，使发动机的效率降低来达到限制功率的目的，风力发动机的这一特性控制发电系统安全可靠，但是为了达到限制功率的目的，导致叶片重，结构复杂，机组的整体效率较低，所以说当风速达到某一限度时必须要停止使用。发电机转速是由电网频率限制，输出功率由桨叶本身性能限制，当风速比额定转速高时，桨叶能够通过失速调节功能将功率控制在额定值范围之内，其起到重大作用的是叶片独特的翼型结构，在遇到强风时，流过叶片背风面的气流产生紊流，降低叶片气动效率，影响能量捕获，产生失速。失速是一个较为复杂的过程，在风速不稳定时，很难得出失速的效果，因此很少用来控制MW级以上的大型风力发电机。
3、风力发电功率控制的有效策略
3.1对风向标与输出功率进行控制
风向标与输出功率的控制关系着整个风力发电技术的应用，在对风向标与输出功率进行控制的过程中，有关人员应对以下几个方面给予一定的重视，加强对风向标与输出功率的管理：（1）掌握相关理论知识。理论知识是进行实际工作的基础。因此在进行实际工作的过程中，工作人员首先应对风向标以及输出功率的相关理论知识进行了解，通过加强理论知识认识，提升风力发电技术的应用水平。（2）掌握风向标与输出功率在实际工作过程中的应用标准。风向标与输出功率在进行应用的过程中需要遵守相应的标准，这些操作标准主要对风向标以及输出功率等的操作质量进行保障，确保可以通过风向标与输出功率对风向的大小，方向等进行合理的判断。
3.2风力发电厂中对风轮进行控制
风轮承担着将风能转化为系统的机械能，它是整个系统的能量的输入，风轮同样也能够改变能量输入烦人多少，我们通过控制风轮，来达到对系统的控制。根据公认的贝兹理论，实际上风能转化为电能的比例最多能够达到59.3%。风力发电系统要达到最大的转化率，首先要保证风能在获取过称中最小的消耗。对于风轮单方面来说，获得最大功率的控制方法主要有以下三种：
（1）爬山搜索（HCS）控制功率点的图像犹如一个抛物线，将它看做一个小山，则最高点就是最大功率点。当我们不确定目前工作点在哪，可以适当增加风轮转速，系统输出的直流功率会改变，如果直流功率增加，则说明在山的左边，反之则在右边。通过这种方法可以找到最高点，以确定风轮转速。但这种方法有一定缺点，风轮的转动惯量较大时，就很难改变转速。（2）叶尖速比（TSR）控制。叶尖速就是指风轮最外边缘，也就是风叶的尖端在风力推动下转动的线速度，风力推动风轮的边缘速度与此时的风速的数值比被称为叶尖速比。叶尖速比控制就是控制叶尖速的比值来到达系统的最优化，我们根据不同的风速来确定最优的叶尖速比，其确定最优的转速在控制时，大自然的风力的大小，风速是不可调节的，所以我们可以通过改变叶尖速来达到控制作用，可以改变风轮的转矩，来改变风轮边缘速度的大小，来获得最优的转速，达到最优的叶尖速比。（3）功率信号反馈（PSF）控制对于功率信号的控制，我们采用此种方法的基础是风轮运行时的功率是根据条件变化的，我们根据功率关系绘制出相应的最大功率曲线，再以功率曲线为基础进行相应的操作。一般就是在实际工作中，对比最大功率与系统的实际输出功率，得出两者之间的差值，据此来对风轮桨矩进行一定的调整，最终就可以得到最大功率。相比于第一种方法，运用此方法的一个最大的优势就是能够减少控制成本。但也存在一个问题问题，如何在平时运行中获取最大功率曲线。
3.3风力发电中对风速进行控制
风速是决定风力发电效率以及风力发电质量的重要因素。因此在进行风力发电技术与功率控制研究的过程中，如何对风速进行控制成为了主要的研究方向之一。具体来说，在进行风速控制的过程中，有关工作人员应注意以下几个问题：（1）对风速控制的相关知识产生认识。风速控制要综合的考虑多方面的因素。首先，应对自然风速进行有效的监测，掌握自然的风速以及风速的变化趋势。其次，明确风速的调整。风速的调整是通过风力发电设备对自然风速进行一定的调整，一般是通过风力发电设备功率以变桨距的调整来达到风速调整的目的。（2）严格遵守风速控制相关程序。风速控制有着一定的程序，需要经过正确的操作，才能有效的对风速进行调节。首先，要对风速的实际情况进行了解。其次，把握好实际风速与切入风速，激发风机开始工作。在进行风速调节的过程中，一定要对多种因素进行考虑，尤其是针对切出风速小于实际风速的情况进行有效的调节。
3.4功率控制的运作流程
在风力发电功率控制的方法中，变桨控制是使用最为广泛也是最为有效的方式，其实施的具体流程是通过优化风力发电机组的控制系统，并通过桨距来判断风速的大小。当风速小于切入的风速的时候，风力发电机组不做任何的变化，但是当风速在切入的风速与额定风速之间变化的时候，变速装置向传感器发出信号，进而来调节变化功率，反之亦然。总而言之就是构建一个内部控制系统，并通过额定功率作为一个定值来调节发电的功率。基本的流程可以由图1来表示。
4、结束语
随着风力发电技术的发展，风力发电机组的单机容量持续增加，同时风力发电技术的发展态势相当乐观，此外风能发电的开发逐渐规模化，以此来实现风力利用的可靠性及高效率。
参考文献：
[1]张蔷，王广梅.关于风力发电技术与功率控制策略的探究[J].电子技术与软件工程，2014，03：174.
[2]王志新，张华强.风力发电技术与功率控制策略研究[J].自动化仪表，2008，11：1-6.
[3]魏宪华.关于风力发电技术与功率控制策略的研究分析[J].湖南农机，2013，11：99-100.