風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢

    變速風力發(fā)電機是目前最常用的WECS。與恒速風力發(fā)電機相比，它具有很多優(yōu)勢。首先最重要的是，發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)頻率之間的解耦使得控制和優(yōu)化運行更加靈活。當然，這是以電力電子變流器的使用為代價的，它們是發(fā)電機和電網(wǎng)之間的連接裝置。實際上，正是由于電力電子變流器，使得變速操作成為可能。在實現(xiàn)更高的風能普及水平方面，由變速操作提供的高可控性是一個功能強大的優(yōu)勢（Srensen等，2005年;HansenandHansen，2007年）。

    變速操作允許風力發(fā)電機在最高氣動力效率下不斷調(diào)整其轉(zhuǎn)速（加速或減速）。設(shè)計恒速風力發(fā)電機時，是在一種風速下實現(xiàn)最大的氣動力效率，而變速風力發(fā)電機可以在一個很寬的風速變化范圍內(nèi)實現(xiàn)最大氣動力效率。此外，變速運行可以為了實現(xiàn)不同的目標而采用先進的控制策略，例如減少機械應(yīng)力，減少噪聲。

    功率控制能力指的是風力發(fā)電機的氣動力性能，特別是在功率限制運行范圍內(nèi)。所有的風力發(fā)電機都具有某種功率控制功能。

    1.3失速控制WECS

    功率控制最簡單的形式是在在高風速下沒有改變?nèi)~片的幾何形狀通過利用失速效應(yīng)而減少氣動力效率。隨著風速的增加，旋翼氣動力“自然”的驅(qū)動機艙內(nèi)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這種方法的關(guān)鍵在于葉片輪廓的特殊設(shè)計。此設(shè)計在額定功率附近提供了攤位效應(yīng)，而且沒有不期望的氣動力特性。這一功率控制方法的缺點是：由風力引起了較高的機械應(yīng)力，隨著空氣密度和電網(wǎng)頻率的變化，協(xié)助啟動和最大穩(wěn)態(tài)功耗的值并沒有變化。

    1.4變槳距控制WECS和主動失速控制WECS

    另一種控制功率的方法是改變槳距角從而改變?nèi)~片的幾何形狀。

除了獲得最大功率和可靠性問題，控制的重點在于當?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定性和功率傳輸情況（波動、諧波等）。
    在某些情況下，混合系統(tǒng)中所包含的發(fā)電機共同向一條公共的直流母線供電。這時，問題是全面控制系統(tǒng)以確保電力供應(yīng)的連續(xù)性，同時符合使用要求。后者涉及到系統(tǒng)元件的使用壽命，這些元件決不能受控制行為（例如蓄電池的充放電周期的穩(wěn)定性，柴油發(fā)電機的開關(guān)規(guī)律等）的影響。

    4結(jié)論

    目前在WECS控制中所面臨的挑戰(zhàn)是，在電能來源——風非常不規(guī)律的情況下要確保電能傳送有非常高的質(zhì)量。現(xiàn)代風力發(fā)電系統(tǒng)都配有控制和監(jiān)督子系統(tǒng)來進行監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)。一般來說，有三個低級別的控制系統(tǒng)，在下面將對他們進行簡單的介紹。

    變槳控制是一種日趨成熟、并被逐步廣泛應(yīng)用的技術(shù)。經(jīng)典的PI控制和優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)已經(jīng)在工業(yè)應(yīng)用中得到良好的應(yīng)用。在變速運行的發(fā)電機控制方面，文獻提供了眾多的控制技術(shù)以期在實際中得到應(yīng)用。但是，這些控制技術(shù)當中并沒有經(jīng)典的技術(shù)，例如被風力發(fā)電機集成器廣泛應(yīng)用。目前還沒有建立統(tǒng)一的變速控制策略，并且實際中實際上只是應(yīng)用了最基本的控制策略。另外，目前正在加緊研究電網(wǎng)的界面控制和輸出功率調(diào)節(jié)，因為電網(wǎng)連接標準一直在不斷的改變。控制目標，問題的形成和解決方案都極大的依賴于目前的發(fā)電機結(jié)構(gòu)，當?shù)氐墓搽娋W(wǎng)，操作體制（即孤島或聯(lián)網(wǎng)）等。