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摘 要：风力发电系统是一项具有节能环保意义的发电系统，利用可再生的风力能源进行发电，可以缓解我国能源紧缺的现状。风力发电系统的运行会受到风速变化的影响，风速的变化具有随机性，为了更好的利用风力能源，必须优化控制技术。本文对风力发电系统中控制技术的应用情况进行了介绍，还对该技术未来发展进行了展望，希望对相关研究者提供一定参考意见。只有了解控制技术的优缺点，才能合理利用这些技术，保证风力发电系统的稳定运行。
关键词：风力发电系统；控制技术；发展
风力发电系统是在能源紧缺的背景下研究出来的，该系统是以可再生能源作为研究与发展的方向，在保证电力供应的前提下，最大限度的利用了风能或者太阳能，这可以降低发电的成本，还可以保证电力行业的可持续发展。风力发电系统需要应用多项技术以及新型的材料，在研究的过程中，技术人员不断的改进控制技术，提高了风力发电效率，我国风力发电事业起步比较晚，风电机组一般引进的是外国产品，这增加了发电的成本，为了改善这一现状，研究人员不断的改进与优化风力发电设备，但还未取得较大的成果。
1 风力发电设备
风力发电系统是由多种设备构成的，其中比较主要的是并网型风力发电机组，由于我国风能利用技术还不够完善，所以，一般大型化并网型风力发电机组都是引进外国制造的设备，这增加了风力发电系统运行的成本。采用大型化发电机组可以提高风能的利用率，也可以提高占地使用的效率。我国刚刚引进这类设备时，机组功率为500-750kW，随着科技的不断进步，国外相关研究人员以及开始研制1-2MW发电机组，我国预计在未来会引进这一产品，从而提高风力发电系统工作的效率。在加拿大风力发电机组单机容量已经达到了4MW，这种大型的机组可以最大限度的利用风能，而且提高电能的产量。在应用新型材料以及技术后，我国风力发电技术将不断提高，系统发电的能力也将大大提高，我国制造工业在风力发电机制造中取得了一定成绩，发电机、机舱、液压系统都是由国内制造的，但是对于并网风力发电机，却一直采用的是进口的方式，在未来风力发电系统控制技术的发展研究中，并网风力发电机组将是主要的研究对象。
2 风能转换系统的控制技术
风能属于可再生资源，但是其具有稳定性差、风速无法控制等特性，风速的风向具有随机变化性，在利用风能发电时，一定要合理应用控制技术。风向不断变化时，风力机叶片攻角也会不断的变化，这会使叶尖速比出现偏离，而且还会影响风力发电机的工作效率。风力发电系统如果不能稳定的运行，则会影响电能质量，所以，只有利用控制技术，才能提高电网稳定性。在风力发电机中，有着多种柔性部件，其可以减小部件内产生的机械应力，但是会使风电系统出现较为复杂的动态变化，会使发电机运行时出现较大的振荡，只有做好调整工作，才能保证风能利用的最大化。另外，在优化风能转换系统中的控制技术时，还要考虑叶片制造的特点，在优化变速控制系统时，主要是对发电机进行变速控制，还要选择经济适用的风力机，还要选择性能较优的变流装置，控制风力系统中柔性部件的运行，还要降低系统运行时产生的噪音。总之，只有优化风能转换系统中的控制技术，才能保证设备在较宽的风速范围内运行。在我国当前风电系统中，采用的控制系统结构主要有三种，分别是叶尖速比跟踪控制、变速恒频控制、消除力矩传动链中力矩震荡控制。
2.1 风力发电系统的传统控制方法
当风速变化时，通过调节发电机电磁力矩或风力机桨距角，使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。传统线性控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，采用风速测量值进行反馈控制，也可采用基于电功率反馈控制方案，采用电功率反馈可避免风力机叶片处风速难于精确测量的问题。
2.2 风力发电系统最佳叶尖速比的现代控制方法
2.2.1 滑动模控制
滑动模控制系统因其兼具快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单和易于实现等优良特性而在风电系统中得到了应用。风力机工作于正常和失速2种模态，对感应发电机系统以功率相对误差作为切换面，对2种模态分别采取不同的滑动模控制结构，实现了在风速扰动和不确定机械、电气参数条件下频率的无差跟踪和风能最大捕获。滑动模控制存在切换抖动，会对风力机械设备造成冲击、以力矩为控制信号，采用积分型滑动模控制律，有效地解决了滑动模的切换抖动。
2.2.2 反馈线性化解藕控制
基于微分几何的反馈线性化可在大范围内实现精确解祸线性化，从而可用线性最优控制方法实现最大风能捕获和改善系统的动态特性。以风力机桨距角和触发角作为输人控制信号，采用微分几何精确线性化理论，实现了恒速风力机在额定风速以下时的功率调节的二次最优控制。这种方法是建立在非线性项的精确对消上，要求精确测量的参数较多，参数摄动对控制系统性能会造成影响。
3 风电控制技术的研究展望
提高风电效率和改善风电品质的控制已有一定发展，但还不成熟。其困难之处在于风电系统涉及空气动力学，气流风具有很强的流动性和可压缩性，其风速和风向随机性变化，不确定因素很多，目前风能转换系统的建模研究只采用了空气动力的静态特性。应用当代非线性控制技术的成果，尤其是控制系统的微机实现，对我国风电机组的自行开发研制和对现有风电机组的技术改造有切实的指导作用。
我国能源政策已由传统的大机组、大电网转向大型电网与小型、分散电源相结合的灵活供电方向，开发研制性能良好的能量管理系统，使风电系统既可独立运行，又可多系统并行运行，还可并网运行，并尽量减少价格昂贵的太阳能电池和蓄电池在系统中所占比重。只要风能、太阳能等可再生能源资源丰富，即使对有电网的地区，分散式风一光互补风电系统仍有广大的应用市场，对当今环保意识日益提高的“绿色地球”时代，发展风力发电有着长远的社会效益和经济效益。
结束语
综上所述，风力发电技术是一项新兴的技术，利用风力进行发电，可以节省较多的资源，而且用可再生的能源代替了不可再生的能源，可以促進我国电力事业更加长远、可持续的发展。我国研究风力发电系统的时间比较晚，而且在研究的过程中存在两点问题，首先是发电的效率不高，其次是风电的质量无法有效控制，为了解决这两点问题，必须优化控制技术，降低发电的成本，这样才能促进我国电力事业更好的发展，才能缓解我国能源紧缺的现状，真正实现利用风能发电，并有效控制风电的质量。
参考文献
[1]王聪，刘永前.风力发电系统的建模与仿真研究[J].中国电力教育，2006（S1）.
[2]王丰收，沈传文，刘伟.风力发电系统控制策略研究[J].电气传动自动化，2006（5）.
[3]包能胜，姜桐，陈庆新.变转速风力机额定风速以上的非线性控制——恒功率输出控制问题[J].控制理论与应用，2009（5）.
关键词：风力发电系统；控制技术；发展
风力发电系统是在能源紧缺的背景下研究出来的，该系统是以可再生能源作为研究与发展的方向，在保证电力供应的前提下，最大限度的利用了风能或者太阳能，这可以降低发电的成本，还可以保证电力行业的可持续发展。风力发电系统需要应用多项技术以及新型的材料，在研究的过程中，技术人员不断的改进控制技术，提高了风力发电效率，我国风力发电事业起步比较晚，风电机组一般引进的是外国产品，这增加了发电的成本，为了改善这一现状，研究人员不断的改进与优化风力发电设备，但还未取得较大的成果。
1 风力发电设备
风力发电系统是由多种设备构成的，其中比较主要的是并网型风力发电机组，由于我国风能利用技术还不够完善，所以，一般大型化并网型风力发电机组都是引进外国制造的设备，这增加了风力发电系统运行的成本。采用大型化发电机组可以提高风能的利用率，也可以提高占地使用的效率。我国刚刚引进这类设备时，机组功率为500-750kW，随着科技的不断进步，国外相关研究人员以及开始研制1-2MW发电机组，我国预计在未来会引进这一产品，从而提高风力发电系统工作的效率。在加拿大风力发电机组单机容量已经达到了4MW，这种大型的机组可以最大限度的利用风能，而且提高电能的产量。在应用新型材料以及技术后，我国风力发电技术将不断提高，系统发电的能力也将大大提高，我国制造工业在风力发电机制造中取得了一定成绩，发电机、机舱、液压系统都是由国内制造的，但是对于并网风力发电机，却一直采用的是进口的方式，在未来风力发电系统控制技术的发展研究中，并网风力发电机组将是主要的研究对象。
2 风能转换系统的控制技术
风能属于可再生资源，但是其具有稳定性差、风速无法控制等特性，风速的风向具有随机变化性，在利用风能发电时，一定要合理应用控制技术。风向不断变化时，风力机叶片攻角也会不断的变化，这会使叶尖速比出现偏离，而且还会影响风力发电机的工作效率。风力发电系统如果不能稳定的运行，则会影响电能质量，所以，只有利用控制技术，才能提高电网稳定性。在风力发电机中，有着多种柔性部件，其可以减小部件内产生的机械应力，但是会使风电系统出现较为复杂的动态变化，会使发电机运行时出现较大的振荡，只有做好调整工作，才能保证风能利用的最大化。另外，在优化风能转换系统中的控制技术时，还要考虑叶片制造的特点，在优化变速控制系统时，主要是对发电机进行变速控制，还要选择经济适用的风力机，还要选择性能较优的变流装置，控制风力系统中柔性部件的运行，还要降低系统运行时产生的噪音。总之，只有优化风能转换系统中的控制技术，才能保证设备在较宽的风速范围内运行。在我国当前风电系统中，采用的控制系统结构主要有三种，分别是叶尖速比跟踪控制、变速恒频控制、消除力矩传动链中力矩震荡控制。
2.1 风力发电系统的传统控制方法
当风速变化时，通过调节发电机电磁力矩或风力机桨距角，使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。传统线性控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，采用风速测量值进行反馈控制，也可采用基于电功率反馈控制方案，采用电功率反馈可避免风力机叶片处风速难于精确测量的问题。
2.2 风力发电系统最佳叶尖速比的现代控制方法
2.2.1 滑动模控制
滑动模控制系统因其兼具快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单和易于实现等优良特性而在风电系统中得到了应用。风力机工作于正常和失速2种模态，对感应发电机系统以功率相对误差作为切换面，对2种模态分别采取不同的滑动模控制结构，实现了在风速扰动和不确定机械、电气参数条件下频率的无差跟踪和风能最大捕获。滑动模控制存在切换抖动，会对风力机械设备造成冲击、以力矩为控制信号，采用积分型滑动模控制律，有效地解决了滑动模的切换抖动。
2.2.2 反馈线性化解藕控制
基于微分几何的反馈线性化可在大范围内实现精确解祸线性化，从而可用线性最优控制方法实现最大风能捕获和改善系统的动态特性。以风力机桨距角和触发角作为输人控制信号，采用微分几何精确线性化理论，实现了恒速风力机在额定风速以下时的功率调节的二次最优控制。这种方法是建立在非线性项的精确对消上，要求精确测量的参数较多，参数摄动对控制系统性能会造成影响。
3 风电控制技术的研究展望
提高风电效率和改善风电品质的控制已有一定发展，但还不成熟。其困难之处在于风电系统涉及空气动力学，气流风具有很强的流动性和可压缩性，其风速和风向随机性变化，不确定因素很多，目前风能转换系统的建模研究只采用了空气动力的静态特性。应用当代非线性控制技术的成果，尤其是控制系统的微机实现，对我国风电机组的自行开发研制和对现有风电机组的技术改造有切实的指导作用。
我国能源政策已由传统的大机组、大电网转向大型电网与小型、分散电源相结合的灵活供电方向，开发研制性能良好的能量管理系统，使风电系统既可独立运行，又可多系统并行运行，还可并网运行，并尽量减少价格昂贵的太阳能电池和蓄电池在系统中所占比重。只要风能、太阳能等可再生能源资源丰富，即使对有电网的地区，分散式风一光互补风电系统仍有广大的应用市场，对当今环保意识日益提高的“绿色地球”时代，发展风力发电有着长远的社会效益和经济效益。
结束语
综上所述，风力发电技术是一项新兴的技术，利用风力进行发电，可以节省较多的资源，而且用可再生的能源代替了不可再生的能源，可以促進我国电力事业更加长远、可持续的发展。我国研究风力发电系统的时间比较晚，而且在研究的过程中存在两点问题，首先是发电的效率不高，其次是风电的质量无法有效控制，为了解决这两点问题，必须优化控制技术，降低发电的成本，这样才能促进我国电力事业更好的发展，才能缓解我国能源紧缺的现状，真正实现利用风能发电，并有效控制风电的质量。
参考文献
[1]王聪，刘永前.风力发电系统的建模与仿真研究[J].中国电力教育，2006（S1）.
[2]王丰收，沈传文，刘伟.风力发电系统控制策略研究[J].电气传动自动化，2006（5）.
[3]包能胜，姜桐，陈庆新.变转速风力机额定风速以上的非线性控制——恒功率输出控制问题[J].控制理论与应用，2009（5）.