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【摘要】随着能源紧缺的压力越来越大，新能源的开发与利用得到了越来越多的重视。文章对风力发电技术与功率控制策略进行研究，具有一定的借鉴意义。
【关键词】风力；发电技术；功率控制
中图分类号： TM315 文献标识码： A
前言
文章对风力发电技术的现状进行了介绍，对风力发电的控制技术发展进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对变速恒频双馈异步发电系统的网侧变换器直接功率控制策略进行了探讨。
二、风力发电技术的现状
当前，随着我国科学技术水平的不断发展，风力发电技术也得到了广泛的应用。风力发电的基本原理就是利用风能设备，把因为温差产生的空气流动不断的向电能转化。实际上就是利用空气中的动能，也就是”風能”来带动风车设备的叶片的旋转，之后把叶子的转轴连接到增速机器上提高旋转的速度，从而把机械的动能向机械能转化，之后通过转轴带动发电机起到发电的作用。风力发电技术的特点主要表现在：
1.就风力发电技术的装机规模来说，有逐年增大的趋势，利用风能进行发电的数量比例也在逐年增加。
2.风力发电的发电机的单机容量同样在增长。
3.海上风力发电厂的发展趋势越来越商业化。就海上风力发电来说，具有的特点是风力稳定，受到外界的干扰比较少，风速也比较高，发电量相对比较大，在海上进行风力发电能够很好的利用发电机组来进行。
4.风力发电的建设游资成本比较高，但是其运营费用相对不高。
世界风力涡轮发电市场的增长速度比较快，利用风力发电已经在发电行业中占据了重要的地位，在市场上各种风力涡轮发电设计技术具有明显的不同，一个主要的区别就是发电系统的不同和风力涡轮结合的不同。一项新技术在风力发电行业上得到广泛应用，就能更好的利用风力提供能量，这种新技术就是风速来决定大电机的转速，这样一来，发电机捕获的能量会更高，也比较容易控制其有功功率和无功功率。
三、风力发电的控制技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：
1.自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。
2.为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
3.自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
4.风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。
四、变速恒频双馈异步发电系统的网侧变换器直接功率控制策略
1.数学模型
DFIG风力发电系统主要采用的是双直流电机变频器做励磁系统，网侧变换器指的是和电网相连的部分，和DFIG的转子相连的部分称作转子侧变换器，两种变换器之间用直流环节分开，控制相对独立所以可以分别的进行分析研究。这种网侧变换器可以实现双向的流动具有良好的输入输出性能并且技术成熟，所以成为当前DFIG风力发电系统主流的频率控制策略。
网侧变换器也分为两种控制方式：矢量控制和直接功率控制。其中矢量控制对电流精度的要求比较高却跟踪性好，缺点是矢量控制需要同步速的坐标变换，所以它的控制结构相对比较复杂。直接功率控制的控制结构简单，动态性能比较好，所以受到了广泛的关注。
网侧变换器采用的是三相两电平的PWM变换器构成，这种变换器的主要特点是可以实现双向的流动。工作原理是：当DFIG在亚同步的速度下工作时，网侧变换器就会处于整流的状态，能量会从三相的交流的电网中直接汇入直流环节。当发电机系统的工作速度超过同步的时速时，网侧变换器会处于你变的工作状态，能量会从直流环节汇入到三相交流网络中。
2.网侧变换器直接功率控制
（一）基于查询开关表的频率控制
这种基于查询开关表的方式是基于离线计算开关表和置换调节器组成的。主要的实现方式是通过计算功率之间的误差和扇区信号来对不同的交流电压的矢量进行选择，进而来获得开关表的信号。
（二）预测直接功率控制
预测直接功率控制指的是在一个控制的周期内，可以选择多个电压空间矢量，再根据无功功率、有功的误差来确定选择合适的矢量，合理的安排时间，最后获得变换器运行的开关信号。
（三）基于滑模变结构的直接功率控制
基于滑模变结构的直接功率控制主要原理是：滑模控制器和直接功率控制策略相结合，实现了固定的开关的频率，这种方式的优点是降低了无功和有功功率的乱扰现象。滑模变结构的特性是：会使系统沿着特定的状态轨迹做高频率小幅度的上下的运动。滑模变结构控制器的设计主要根据的是滑模的存在性条件和系统在正常情况下工作的动态品质的要求来设计的。系统主要通过切换函数S的符号进行判断，进而不断切换控制的变量来改系统的整体结构状态，追中是系统在实现设计好的状态下正常的运行。
五、我国风力发电事业的展望
我国风力发电事业发展已经经历了很长的一个过程，整体风力发电事业水平不断进步，取得了很多成果。但是，我国风力发电事业自身起步较晚，距离国际社会发达国家的风力发电水平有一定的距离。我国风力发电事业存在着一些问题，如技术不够先进，体制不完善，风力发电成本不能很好的控制。目前风电事业的发展中，电力定价的机制不够完善，为了保证投资者的自身利益，促进风力发电事业的投资收回，风力发电的电力整体定价水平偏高。电力定价偏高从另一方面也使得电力用户的负担加重，不利于长期有效的发展。我国在风力发电事业发展之时，要注重对风力发电事业体制的管理，出台相应的政策对定价制度进行管理，制定合理的政策，既能保证风力发电的建设，又避免电力用户负担过重。随着我国经济不断发展，我国政府和人民对于风力发电事业的认识不断提高，对能源紧张的问题提高重视程度，认识到采用新能源的重要性，认清风力发电的优势。我国关于风力发电等新能源的发展出台了很多法规和政策，风力发电事业面临很大的发展机遇，加强风力发电的战略地位，大力的对风力发电进行推广已经成为了现代能源发展的重要趋势。
结束语
我国的风力发电技术已经开展了一段较长的时间，但是相关的技术和水平却还不尽人意，希望人们和政府能对风力资源的利用尽快引起重视，这对于我国经济的长久发展是非常重要的。
参考文献
[1]王志新，李响，艾芊．海上风电柔性直流输电及变流器技术研究[J]．电力学报，2010，22(4)：413-417． [2]郭晓明．电网异常条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制[D]．浙江杭州，浙江大学，2008：52-62． [3]李晶，王伟胜，宋家弊．变速恒频风力发电机组的建模与仿真 [J]．电网技术，2013，27( 9)：14- 17．
【关键词】风力；发电技术；功率控制
中图分类号： TM315 文献标识码： A
前言
文章对风力发电技术的现状进行了介绍，对风力发电的控制技术发展进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对变速恒频双馈异步发电系统的网侧变换器直接功率控制策略进行了探讨。
二、风力发电技术的现状
当前，随着我国科学技术水平的不断发展，风力发电技术也得到了广泛的应用。风力发电的基本原理就是利用风能设备，把因为温差产生的空气流动不断的向电能转化。实际上就是利用空气中的动能，也就是”風能”来带动风车设备的叶片的旋转，之后把叶子的转轴连接到增速机器上提高旋转的速度，从而把机械的动能向机械能转化，之后通过转轴带动发电机起到发电的作用。风力发电技术的特点主要表现在：
1.就风力发电技术的装机规模来说，有逐年增大的趋势，利用风能进行发电的数量比例也在逐年增加。
2.风力发电的发电机的单机容量同样在增长。
3.海上风力发电厂的发展趋势越来越商业化。就海上风力发电来说，具有的特点是风力稳定，受到外界的干扰比较少，风速也比较高，发电量相对比较大，在海上进行风力发电能够很好的利用发电机组来进行。
4.风力发电的建设游资成本比较高，但是其运营费用相对不高。
世界风力涡轮发电市场的增长速度比较快，利用风力发电已经在发电行业中占据了重要的地位，在市场上各种风力涡轮发电设计技术具有明显的不同，一个主要的区别就是发电系统的不同和风力涡轮结合的不同。一项新技术在风力发电行业上得到广泛应用，就能更好的利用风力提供能量，这种新技术就是风速来决定大电机的转速，这样一来，发电机捕获的能量会更高，也比较容易控制其有功功率和无功功率。
三、风力发电的控制技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：
1.自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。
2.为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
3.自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
4.风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。
四、变速恒频双馈异步发电系统的网侧变换器直接功率控制策略
1.数学模型
DFIG风力发电系统主要采用的是双直流电机变频器做励磁系统，网侧变换器指的是和电网相连的部分，和DFIG的转子相连的部分称作转子侧变换器，两种变换器之间用直流环节分开，控制相对独立所以可以分别的进行分析研究。这种网侧变换器可以实现双向的流动具有良好的输入输出性能并且技术成熟，所以成为当前DFIG风力发电系统主流的频率控制策略。
网侧变换器也分为两种控制方式：矢量控制和直接功率控制。其中矢量控制对电流精度的要求比较高却跟踪性好，缺点是矢量控制需要同步速的坐标变换，所以它的控制结构相对比较复杂。直接功率控制的控制结构简单，动态性能比较好，所以受到了广泛的关注。
网侧变换器采用的是三相两电平的PWM变换器构成，这种变换器的主要特点是可以实现双向的流动。工作原理是：当DFIG在亚同步的速度下工作时，网侧变换器就会处于整流的状态，能量会从三相的交流的电网中直接汇入直流环节。当发电机系统的工作速度超过同步的时速时，网侧变换器会处于你变的工作状态，能量会从直流环节汇入到三相交流网络中。
2.网侧变换器直接功率控制
（一）基于查询开关表的频率控制
这种基于查询开关表的方式是基于离线计算开关表和置换调节器组成的。主要的实现方式是通过计算功率之间的误差和扇区信号来对不同的交流电压的矢量进行选择，进而来获得开关表的信号。
（二）预测直接功率控制
预测直接功率控制指的是在一个控制的周期内，可以选择多个电压空间矢量，再根据无功功率、有功的误差来确定选择合适的矢量，合理的安排时间，最后获得变换器运行的开关信号。
（三）基于滑模变结构的直接功率控制
基于滑模变结构的直接功率控制主要原理是：滑模控制器和直接功率控制策略相结合，实现了固定的开关的频率，这种方式的优点是降低了无功和有功功率的乱扰现象。滑模变结构的特性是：会使系统沿着特定的状态轨迹做高频率小幅度的上下的运动。滑模变结构控制器的设计主要根据的是滑模的存在性条件和系统在正常情况下工作的动态品质的要求来设计的。系统主要通过切换函数S的符号进行判断，进而不断切换控制的变量来改系统的整体结构状态，追中是系统在实现设计好的状态下正常的运行。
五、我国风力发电事业的展望
我国风力发电事业发展已经经历了很长的一个过程，整体风力发电事业水平不断进步，取得了很多成果。但是，我国风力发电事业自身起步较晚，距离国际社会发达国家的风力发电水平有一定的距离。我国风力发电事业存在着一些问题，如技术不够先进，体制不完善，风力发电成本不能很好的控制。目前风电事业的发展中，电力定价的机制不够完善，为了保证投资者的自身利益，促进风力发电事业的投资收回，风力发电的电力整体定价水平偏高。电力定价偏高从另一方面也使得电力用户的负担加重，不利于长期有效的发展。我国在风力发电事业发展之时，要注重对风力发电事业体制的管理，出台相应的政策对定价制度进行管理，制定合理的政策，既能保证风力发电的建设，又避免电力用户负担过重。随着我国经济不断发展，我国政府和人民对于风力发电事业的认识不断提高，对能源紧张的问题提高重视程度，认识到采用新能源的重要性，认清风力发电的优势。我国关于风力发电等新能源的发展出台了很多法规和政策，风力发电事业面临很大的发展机遇，加强风力发电的战略地位，大力的对风力发电进行推广已经成为了现代能源发展的重要趋势。
结束语
我国的风力发电技术已经开展了一段较长的时间，但是相关的技术和水平却还不尽人意，希望人们和政府能对风力资源的利用尽快引起重视，这对于我国经济的长久发展是非常重要的。
参考文献
[1]王志新，李响，艾芊．海上风电柔性直流输电及变流器技术研究[J]．电力学报，2010，22(4)：413-417． [2]郭晓明．电网异常条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制[D]．浙江杭州，浙江大学，2008：52-62． [3]李晶，王伟胜，宋家弊．变速恒频风力发电机组的建模与仿真 [J]．电网技术，2013，27( 9)：14- 17．