风力发电控制政策（精选11篇）
风力发电控制政策 篇1
“我国风力发电的实质目标不是装机数量的增长, 而是大力推进风力发电产业的发展, 即要大力推进风力发电设备的国产化进程。”国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任王仲颖在近日举行的可再生能源发展论坛上接受专访时透露, 当前我国具有自主知识产权的风力发电机组整机缺口很大, 风力发电机组制造的核心技术国内尚未掌握。对此, 发改委与财政部正在研究制定风力发电机组整机与零部件国产化的支持方案, 或将对拥有自主知识产权的风力发电电机的整机及零部件的制造给予资金补贴。
进口设备占据市场
“因人才匮乏与技术薄弱, 风力发电设备制造国产化缓慢问题成为制约我国风力发电资源开发的主要瓶颈。”王仲颖开宗明义地指出, 风力发电设备自主知识产权的缺失成为多年来制约我国风力发电产业发展的主要因素。
中国风能协会副理事长施鹏飞同样表示, 只有大规模的国产化, 我国风力发电产业才能做起来。目前要解决的问题是尽快实现风力发电设备的国产化。
从我国风力发电设备的发展水平看, 虽然具备了600k W和750k W风力发电机组的批量生产能力, 但截至目前, 我国大部分风力发电设备制造企业仍停留在中低端设备的设计与制造水平。施鹏飞表示, 由于核心技术的缺失, 我国目前能批量生产的电机设备都是发达国家10年前生产的产品。
在高端风力发电电机产品的研发方面, 我国部分企业虽然已迈入了兆瓦级的设计制造领域, 但由于缺乏野外运行的检验, 样机的推广还存在一定困难。
对此, 国家发改委能源研究所可再生能源发展中心的赵先生表示:“由于起步较晚, 产业发展基础薄弱, 加上风力发电设备自身的发展特点 (设备的质量要经过20年左右的野外运行考核) , 致使我国自主开发的高技术含量的电机设备多数处于样机制造阶段, 尚未进行批量生产。”
他强调, 我国风力发电设备总体制造水平落后于西方发达国家, 导致这一市场长期以来被进口设备占据。
施鹏飞用“很不正常”来形容我国风力发电设备市场现状。据他介绍, 国内风力发电设备市场很广阔, 但由于国内企业设计能力薄弱, 高端设备技术大多掌握在外方手中, 致使大部分国内市场被进口设备垄断。据统计, 在2004年中国风力发电设备新增市场份额中, 国产设备只占25%, 进口产品占75%;在2005年风力发电设备新增市场份额中, 进口设备占70%以上;2006年我国风力发电设备市场60%需求仍由进口产品满足。
随着我国能源发展战略的实施, 国内风力发电设备市场逐年扩大。在国家发改委日前制定的《风力发电中长期发展规划》中明确指出, 到2010年底, 全国风力发电总装机规模达到500万k W;到2015年底, 全国风力发电总装机规模达到1000万k W;到2020年底, 全国风力发电总装机规模达到3000万kW。
风力发电规模化发展给风力发电设备制造业的发展提供了广阔的市场空间。如何实现风力发电设备的国产化成了我国加快风力发电产业发展的当务之急。
配套《可再生能源法》
“产业发展, 设备先行。”在日前发布的《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》中明确指出, 要大力发展大型空冷电站机组及大功率风力发电机等新能源装备。大型清洁高效发电装备成为国家重点发展的16个重大技术专项之一。
专家认为, 当前具有自主知识产权风力发电设备已成为衡量国家风力发电产业发展水平的重要指标。发改委制定风力发电设备国产化的支持政策将在很大程度上促进我国风力发电产业的健康发展。
作为参与该政策编制的专家组成员, 王仲颖认为, 对风力发电电机整机及零部件的支持, 在一定意义上可以理解为我国《可再生能源法》的配套政策。
据透露, 政府将对风力发电设备产业的发展给予相应的政策性补贴。由于风力发电设备行业自身的特殊性, 目前对其整机或零部件的支持, 哪个力度更大, 相关部门还在研究审议中。
由于风力发电产业投资存在周期长与风险高等特点, 专家认为国家应在风力发电设备自主化方面给予大力支持, 比如说国家应从法律法规、检测认证方面来推进风力发电设备产业的发展。
中科院电工研究所副所长肖立业表示, 当前我国自主开发的风力发电设备很少, 国家应出台更多的支持政策, 大力支持民族产业发展, 鼓励企业开发具有自主知识产权的产品。
【链接】风电设备制造业重大利好
根据财政部通知, 以进口申报时间为准, 自2008年1月1日起, 对国内企业为开发、制造大功率风力发电机组而进口的关键零部件、原材料所缴纳的进口关税和进口环节增值税实行先征后退, 所退税款作为国家投资处理, 转为国家资本金, 主要用于企业新产品的研制生产以及自主创新能力建设。
据了解, 此次调整共涉及到风力发电机组中发电机、叶片、主轴轴承等53种零部件和原材料, 自实施之日起, 将可享受到1～3年不等的暂定退税。
通知还规定, 自2008年5月1日起, 对新批准的内、外资投资项目进口单机额定功率不大于2.5M W的风力发电机组一律停止执行进口免税政策。而2008年5月1日以前批准的内、外资投资项目, 分两种情况:其进口上述规格的风力发电机组在2008年11月1日前继续按照《国务院关于调整进口设备税收政策的通知》的有关规定执行;在2008年11月1日以后对上述项目进口单机额定功率不大于2.5M W的风力发电机组一律停止执行进口免税政策。
据统计, 2007年全球新增风电装机2007.3万k W, 而我国新增296.17万kW, 同比增长121%, 增速达到世界第一。其中, 国产设备的新增装机容量增长速度为60%～70%。全球风能理事会 (G W E C) 预计, 2008、2009和2010年我国新增风电装机容量可以分别达到300万kW、400万kW和500万kW左右, 到2010年累计风电装机预计达到1700万k W。而且在未来市场前景广阔的前提下, 国家现已出台了多项政策向风电产业倾斜:已出台《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》和《可再生能源电价补贴和配额交易方案》, 均表明国家对新能源扶持力度正在加大。
有市场人士分析认为, 风电产业未能形成大批量生产主要原因在于进口部件多, 价格贵。而此次对关键零部件进口关税和增值税先征后退, 可有效减少生产成本。另一方面, 由于我国有新建风电场必须达到70%的国产化率的要求, 已有不少国外风电设备公司在国内合资设厂, 新的财税优惠将可以在一定程度上提高国产机组的市场占有率。
关键词：国产化,风力发电,政策
风力发电控制政策 篇2
（十一）并网后需要关注的主要问题
电能质量
根据国家标准，对电能质量的要求有五个方面：电网高次谐波、电压闪变与电压波动、三相电压及电流不平衡、电压偏差、频率偏差。风电机组对电网产生影响的主要有高次谐波和电压闪变与电压波动。电压闪变
风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍然会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时，风机会从额定出力状态自动退出运行。如果整个风电场所有风机几乎同时动作，这种冲击对配电网的影响十分明显。容易造成电压闪变与电压波动。
谐波污染
风电给系统带来谐波的途径主要有两种。一种是风机本身配备的电力电子装置可能带来谐波问题。对于直接和电网相连的恒速风机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波，不过过程很短。对于变速风机是通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电于装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题，不过随着电力电子器件的不断改进，这个问题也在逐步得到解决。另一种是风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在实际运行中，曾经观测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。当然与闪变问题相比，风电并网带来的谐波问题不是很严重。
电网稳定性
在风电的领域，经常遇到的一个的难题是：薄弱的电网短路容量、电网电压的波动和风力发电机的频繁掉线。尤其是越来越多的大型风电机组并网后，对电网的影响更大。在过去的20年间，风电场的主要特点是采用感应发电机，装机规模较小，与配电网直接相连，对系统的影响主要表现为电能质量。随着电力电子技术的发展，大量新型大容量风力发电机组开始投入运行，风电场装机达到可以和常规机组相比的规模，直接接入输电网，与风电场并网有关的电压、无功控制、有功调度、静态稳定和动态稳定等问题越来越突出。这需要对电力系统的稳定性进行计算、评估。要根据电网结构，负荷情况，决定最大的发电量和系统在发生故障时的稳定性。国内外对电网稳定性都非常重视，开展了不少关于风电并网运行与控制技术方面的研究。
风电场大多采用感应发电机，需要系统提供无功支持，否则有可能导致小型电网的电压失稳。采用异步发电机，除非采取必要的预防措施，如动态无功补偿、否则会造成线损增加，送电距离远的末端用户电压降低。电网稳定性降低，在发生三相接地故障，都将导致全网的电压崩溃。由于大型电网具有足够的备用容量和调节能力，一般不必考虑风电进入引起频率稳定性问题。但是对于孤立运行的小型电网，风电带来的频率偏移和稳定性问题是不容忽视的。
由于变频技术的发展，我们可以利用交-直-交的变频调节装置的控制功能很容易地根据电网采集到的线路电压波动的情况、功率因数的状况等、和电网的要求，来调节和控制变频装置的频率、相位角和幅值使之达到调节电网的功率因数，为弱电网提供无功能量的要求。
发电计划与调度
传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，以这两点为基础，发电计划的制定和实施有了可靠的保证。但是，如果系统内含有风电场，因为风电场出力的预测水平还达不到工程实用的程度，发电计划的制定变得困难起来。如果把风电场看做负的负荷，不具有可预测性；如果把它看做电源，可靠性没有保证。正因为如此，有必要对含风电场电力系统的运行计划进行研究。风力发电并网以后，如果电力系统的运行方式不相应地做出调整和优化，系统的动态响应能力将不足以跟踪风电功率的大幅度、高频率的波动，系统的电能质量和动态稳定性将受到显著影响，这些因素反过来会限制系统准入的风电功率水平，因此有必要对电力系统传统的运行方式和控制手段做出适当的改进和调整，研究随机的发电计划算法，以便
风力发电并网技术与电能质量控制 篇3
关键词：风力发电 并网技术 电能质量控制
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0041-02
风力发电是我国电能的主要来源之一。如今，风力发电厂的容量不断增加，开始对电网系统整体造成一定影响。由于风力发电厂往往处于人口数量较少的区域，并不位于供电网络的中心区域，故而不会承受大量的冲击力。因此，风力发电可能会使配电网出现谐波污染或是闪变等问题。且风力发电的随机性也会导致发电过程受到影响。因此，风力发电并网技术的应用便成为各企业关注的热点，如何控制电能质量也成为各企业关注的问题。
1 风力发电并网技术简介
1.1 同步风力发电机组并网技术
风力发电并网技术的选用极为重要，该技术需要发电机所输出的电压频率、幅值及相位方面都同电网系统的电压保持一致。若风力发电机机组整体容量不断上升，风力发电在并网过程中针对电网所产生的冲击力也会相应增加。若并网冲击力过大，不仅会使得电力系统的电压值有所下降，同时也会导致发电机、塔架以及机械部分形成一定的磨损。若是并网冲击时间过长，甚至会导致系统被瓦解，其他挂网机组的运行也会受到不同程度的影响。故而，企业应选用合适的并网技术。
同步发电机在实际工作时，不仅能够输出有功功率，同时也可形成无功功率，确保周波稳定，所形成的电能质量较高，故而被大部分企业应用于电力系统当中。然而在实际应用过程中，由于风速难以控制，使得转子的转矩难以保持稳定运行，并网过程中，转矩调速性能难以符合同步发电机所需要的精度，若实现并网之后，工作人员未对其进行控制，尤其处于重载状态下，则有几率出现无功振荡或是失步等问题。这也成为阻碍同步风力发电机组并网技术应用的主要障碍。如今，电力电子技术日趋完善，部分企业可借助技术以避免上述问题的产生，如将变频装置安设于电机与电网之中。
1.2 异步风力发电机组并网技术
相比同步风力发电机组并网技术，异步风力发电在实际工作当中，并不需要机组调速具有较高的精度，也无需与设备保持同步或是整步操作，只需转速与同步转速基本相同，便可实施并网。因为异步风力发电机只需依靠转差率，便能完成对负荷的调节。风力发电机组搭配异步发电机使用的最大优势在于该搭配无需复杂的控制装置。实现并网之后，也不会形成无振荡或是失步等问题，运行较为稳定，可靠性强。然而，该技术同样存在一定缺陷：第一，如工作人员直接进行并网操作，容易形成大冲击电流，进而令电压逐渐下降，对系统的稳定运行造成不利影响。第二，系统自身无法形成无功功率，因此需要工作人员补偿一定无功功率。第三，不稳定系统频率值超过上限，使得同步转速也相应加快，进而导致异步发电机自发电状态转化为电动状态。倘若不稳定系统频率值下降，也会令异步发电机电流大幅增加，从而形成过载现象。因此，若企业选用异步风力发电机组并网技术，需有工作人员采取一定措施确保异步风力发电机组处于稳定运行的状态。
2 风力发电并网技术对电能质量的影响
由于近些年来风力发电机组并网的应用规模不断扩大，其对电能质量的影响也随之增加，其中，部分影响并不利于电网电能质量的提高。较为常见的问题便是电压波动以及闪变。电压风力资源本身具备不稳定性，加之风力发电机组自身运行特点，导致风力发电机组自身输出功率难以稳定，进而对电网电能质量造成不利影响。如今，风力发电机组往往使用软并网方式实现并网，但在设备启动过程中依旧会形成冲击电流，且电流值较大。若切出风速低于风速，则处于出力工作状态下的风机会自动停止运行。不仅如此，风速难以控制与风机所形成的塔影效应也会对风机处理造成影响，使得风机出力出现波动现象，且波动值处于可以形成电压闪变的范围当中。故而，即使風机正常运行，也会令电网出现闪变现象。
3 控制电能质量的具体策略
3.1 抑制谐波
工作人员可通过抑制谐波的方式完成对电能质量的控制，即将静止无功补偿设备添加于系统当中。静止无功补偿设备中包含有电抗器、可投切电容器等多个装置，该设备最主要的优势在于其反应速度较快，能够及时确认无功功率是否出现变化，并适时跟踪处于变化状态的无功功率。针对由风速不稳定引发的电压起伏现象，该设备也可以对电压进行有效调节，进而消除谐波，确保电网电能质量不会受到风力发电机组运行的影响。
3.2 抑制电压波动以及闪变
第一，将有源电力滤波设备添加于系统当中。实际工作当中，工作人员若要避免电压发生闪变现象。便需要在发生负荷电流出现剧烈波动时，及时补偿由于负荷变化所形成的无功电流，令其可以及时补偿负荷电流。不仅如此，因为有源电力滤波设备所使用的电子零件为可关断电子设备，所以，工作人员可以使用电子控制设备替换系统电源，并将畸变电流传输至电压负荷，借此确保系统将正弦基波电流只提供给负荷。有源电力滤波设备具备如下优点：其一，反应速度快，能够在短时间内响应。其二，所形成的电压波动范围大。其三，具有较高的闪变补偿率。其四，设备可靠性强，能够稳定运行。
第二，将动态电压恢复设备添加于系统当中。若配电网属于中低压类型配电网，则有功功率在高速波动过程中，同样会发生电压闪变的问题。此时，需要补偿装置的性能更为优秀，不仅需要补偿装置提供无功功率的补偿，还需要其补偿一定数值的有功功率。由于补偿设备自身带有储能单元，所以可以有效提高电能整体质量。故而，大部分企业开始利用带有储能单元的补偿设备替代原有无功补偿设备。动态电压恢复设备自带储能单元，可于一定范围内按常规电压同故障电压之间的差额，将电压输入系统当中。该类型补偿方法能够及时避免系统形成电压波动，使得客户可以正常使用电能。就目前而言，于系统当中添加动态电压恢复设备是解决谐波以及电压波动等电能质量问题最为有效的方式。除此以外，工作人员还需对电能质量控制设备与其余补偿设备进行统一。若要使统一补偿得以实现，需在系统当中添加综合类补偿设备。工作人员可将电能质量控制设备进行统一，并将其串联补偿设备与并联补偿设备有机结合。如此一来，补偿设备当中既包含有储能单元的串联组合，也包含有储能单元的并联组合，不仅可以将其添加于配电系统当中，使其发挥补偿谐波的作用，同时也可以有效提高电能质量。
4 结语
电力电子技术的发展较为成熟，企业使用电力电子技术对风电机组进行控制以及改善电能整体质量，对我国电能的发展具有极为重要的意义。然而，风力发电并网技术的应用尚存在部分问题，导致风力发电无法广泛运用于各发电企业。作为发电企业，应加大对风能的研究力度，积极提高风力发电设备的工作效率，避免风力发电并网过程中形成冲击电流以及谐波，从而提升我国风力发电水平，为我国提供更为丰富的电力能源。
参考文献
[1]张国新.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].电力自动化设备，2012（6）：130-133.
[2]马昕霞，宋明中，李永光.风力发电并网技术及其对电能质量的影响[J].上海电力学院学报，2013（3）：283-286，291.
[3]常耀华.对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论[J].电子制作，2014（1）：266.
[4]齐洁，常耀华.对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论[J].企业研究，2014（2）：153.
风力发电控制政策 篇4
众所周知，风能是一种能量密度低、稳定性差的能源，保证运行的可靠性和安全性、提高风力发电的品质和效率、延长风电机组的寿命是风力发电控制系统的基本目标。图1为基于DCS技术的大型风电机组控制系统总体结构框图[1,2,3,4,5]。
主控制器监测电力参数、风力参数、机组状态参数，启/停其他功能模块，实时监控风电系统工作状态。人机界面主要实现运行操作、状态显示、故障记录、趋势曲线、绘制报表、用户管理等功能。软切入控制的主要功能是限制发电机并网和大小发电机切换时的冲击电流、平稳风力发电机并网过渡过程。偏航控制系统主要包括自动偏航、手动偏航、90°侧风、自动解缆等功能[2]。大型风电机组均采用主动对风控制，当风轮主轴方向与风向标指向偏离超出允许偏差范围且持续一定时间后，偏航系统控制伺服(偏航)电动机运转使风轮主轴方向跟踪主风向。液压系统执行风力机的变桨距和制动操作，实现风电机组的功率控制、转速控制及开停机控制。制动系统是风电机组安全保障的重要环节，在定桨距机组中，通过叶尖挠流器执行气动刹车;而在变桨距机组中，通过控制变桨距机构也可控制机械刹车机构。
另外，风电机组的控制设备还包含安全保护系统，是传感器和工控机的集成，包括超速保护、电网失电保护、电气保护(过电压及短路保护、防雷击保护等)、机组振动保护、发电机过热保护等，主要执行停机和紧急停机程序，具有最高优先权，可进入至少两套刹车系统。
以上概述了风电机组控制系统的一般功能，为了更好地实现提高风力发电品质、效率的目标，应对风电机组的稳态运行工作点进行精确控制，其控制技术发展的3个主要阶段为:从起源于丹麦的定桨距恒速恒频控制，到20世纪90年代发展起来的变桨距恒速恒频控制，再到目前已广泛应用的变桨距变速恒频控制。本文总结这3个发展阶段的运行控制技术，综述了风力发电控制技术的发展趋势。
1 定桨距失速控制
定桨距风力机的桨叶固定在轮毂上，桨叶的迎风角度不随风速的变化而改变，即叶片桨距角不可调。当风速高于额定风速(一般为12～16 m/s)时，其依赖于叶片独特的翼形结构所具备的自动失速性能而将功率自动限制在额定值附近。20世纪80年代，叶尖挠流器在定桨距风电机组得到成功应用，使桨叶自身具备了制动能力，有效解决了突甩负载情况下的安全停机问题。为了使机组在低风速段运行时具有较高效率，定桨距风电机组采用双速发电机、双绕组双速感应发电机等以实现不连续变速功能[2]。对联网运行的定桨距风电机组，晶闸管恒流软切入装置是其控制系统的重要部分。
定桨距失速控制无功率反馈系统和变桨距机构，结构简单，安全系数较高，不需要复杂的控制程序，但其性能受叶片失速性能限制，启动风速较高，在风速超过额定值时发电功率下降。为了提高功率调节性能，近年来又研制出主动失速型风电机组[1,2]。
2 变桨距控制
变桨距风轮的桨叶与轮毂不像定桨距那样采用刚性联接，其叶片的桨距角可随风速变化进行调节，以调节风电机组的功率。在额定功率以下时，为最大限度获得风能，控制器将桨距角调至0°附近并固定，发电机的功率根据叶片的气动性能随风速变化而变化;当风速过高，高于额定功率时，增大桨距角使风轮迎风面积减小，从而将发电机功率保持在额定值。变桨距调节具有额定点风能利用系数较高、启/制动性能好、输出功率平稳等优点，故成为大型风电机组的最佳选择。但随着并网机组向大型化方向发展，桨叶转动惯量巨大(大型风机的单个叶片重达数吨，有的风轮直径已达一百多米)，仅采用桨距角控制难以适应风速的快速变化。为了有效控制快速变化的风速引起的功率波动，近年来出现了采用转子电流控制(RCC)技术以调整绕线型异步发电机转差率的新型变桨距控制系统[1]，如图2所示。
图2中，转速控制器的输出为桨距给定，桨距控制器为非线性比例控制器，其输出控制液压伺服系统，使桨距角变化。其中，转速控制器A在发电机并网前工作，即在机组进入待机状态或从待机状态重新启动时投入工作，通过调节桨距角，使发电机以一定的加速度升速，当发电机在同步转速(50 Hz时1 500 r/min)10 r/min(可调)内持续1s(可调)时发电机将切入电网，并切换为转速控制器B和功率控制器工作。
转速控制系统B的输入为速度偏差和风速，在达到额定值前，速度给定随功率给定按比例增加。若风速和功率输出一直低于额定，将根据风速输出最佳的桨距给定，以优化叶尖速比;若风速超出额定，通过改变桨距角使发电机转速跟踪给定，将输出功率稳定在额定。图2中，风速信号是经低通滤波器后参与桨距控制的，即桨距控制对瞬变风速并不响应。在瞬变风速下维持输出功率稳定是通过功率控制器进行的，其通过绕线型异步发电机转子电流控制环实现[参见本系列讲座(2)中的图1“绕线转子电流受控的异步风力发电机”结构]，即根据功率控制器输出的电流给定值，通过电力电子装置调整转子回路等效电阻(其动作时间在毫秒级以下)，从而迅速调节发电机转差率，即迅速改变风轮转速，吸收瞬变风速引起的功率波动，实现额定风速以上且风速频繁变化时的发电机输出额定功率，减少变距机构的动作频率和幅度。
3 变速控制
目前，变桨距变速恒频风电机组已成为大型并网风电机组的主流机型，其基本控制策略为:低于额定风速时，控制发电机转速以跟踪风速变化，使风轮叶尖速比保持在最佳值，实现最大风能跟踪(MPPT)控制;高于额定风速时，调节桨距以限制风力机吸收的功率不超过极限值，并在风速大幅度变化时使发电机保持输出功率恒定。
3.1 额定风速以下实现MPPT的转速控制
图3为桨距角不变，不同风速Vi下风力机的输出功率特性。图3中，ωi是对应Vi使风力机具有最佳叶尖速比λopt的风轮角速度，将Vi，ωi对应的各风速下最大输出功率点相连即为最大功率曲线Popt。
在Popt曲线上运行的风力机将输出最大功率Popt，即
式中:K=ρS(R/λopt)3Cpmax/2;ρ为空气密度;S为风轮扫风面积;R为风轮半径;λopt为最佳叶尖速比;Cpmax为最大风能利用系数。
目前常用的最大风能跟踪控制方法有如下3种基本方法。
3.1.1 风速跟踪控制
实时测量风速，然后依据风电机组的功率特性，推算出使风轮叶尖速比保持在最佳值的发电机所需最佳转速nopt，控制变速发电机的转速使其跟踪最佳转速nopt，从而实现MPPT。
虽然这种方法的原理简单明了，但必须已知风力机特性，且要求测量的风速与作用在桨叶上的风速有良好的关联性。然而，由于风速在时间、空间上的随机变化，很难精确测得与到达风轮上的风速一致的结果，这限制了该方法的工程应用。为了克服风速跟踪控制方法的缺点，出现了多种基于风速预测方法的改进控制系统[1]。
3.1.2 功率反馈控制
实时测量发电机转速(则可得到风轮角速度ω)，依据风轮角速度ω和风力机最大功率曲线Popt，实时计算发电机的输出有功功率指令P*，控制发电机的输出有功功率使其跟踪指令P*，即可实现MPPT。以上实现MPPT的过程可用图2说明[10]:设原先在风速V5下机组稳定运行在Popt曲线的E点，此时风力机输出功率和发电机输入功率均为PE，两者平衡，风轮以最佳角速度ω5稳定运行;若风速由V5突升至V4，风力机的工作点将由E跳动至F，对应的输出功率跃变至PF，而发电机却因惯性和控制滞后仍暂时工作在E点，因PF>PE，发电机将升速;在升速过程中，风轮沿其固有的功率特性FD曲线增速，而采用功率反馈控制的发电机则沿最大功率曲线增速，两者到达D点时，重新建立起功率平衡，风轮以与风速V4相对应最佳角速度ω4稳定运行。
该方法不需要测量风速，但需要已知风力机最大功率曲线和发电机损耗特性，以获得有功功率指令P*。研究表明[10]:即使在P*的计算不很准确时，也可使发电系统运行在“次最佳状态”，获得较理想的最大风能跟踪控制效果，故该方法颇具实用价值。
3.1.3 最大功率搜索控制
其依据是在某一固定风速下，风力机的功率特性P(ω)为凸函数。在有的文献中，该方法也称为爬山搜索算法[9]、功率扰动控制[12]，其通过施加人为的功率扰动进行离散迭代控制，使风轮机的工作点“一步一步”地沿其功率曲线移动到最大值附近，且保持一定的波动。以人为施加转速扰动引起功率变化从而自动搜索发电机最佳转速nopt实现MPPT为例说明如下[9]:计算当前风力机功率P(k)，并和上一控制周期的风力机功率P(k-1)比较，若ΔP(k)=P(k)-P(k-1)>0，则保持发电机转速指令的扰动值Δn的符号不变，继续进行下一周期的转速扰动;否则，若ΔP(k)=P(k)-P(k-1)<0，则应将转速指令的扰动值Δn的符号反号，继续进行下一周期的转速扰动。因当前的Δn与上周期的转速指令相加即为新的转速指令，故若风机功率渐增，则将保持转速指令值渐增(或渐减);若风机功率减小，则应改变转速指令变化的方向。
该方法的优点是无需测风装置，对风力机功率特性的了解要求不高，系统有自动跟随与自适应能力;缺点是即使风速稳定，发电机稳态功率输出仍有波动，控制周期不能太小，系统调节时间较长[12]。
3.2 额定风速以上的功率控制[1]
在风速超过额定风速时，变速风电机组的控制系统通过调节风力机风能利用系数，实现保持发电机输出功率恒定、使机组传动系统具有良好柔性的基本目标。
目前，有两种改变风力机风能利用系数的方法:1)控制发电机电磁制动转距，以调节发电机转速，进而调整叶尖速比;2)调节桨距角以改变风轮迎风面积，从而调节空气动力转矩。应该指出，理想的控制方案是采用转速与桨距双重调节。
4 风电机组控制技术的发展趋势
4.1 风力发电系统智能控制
风电机组是一类复杂的非线性系统，其精确的数学模型难以建立，采用基于数学模型的传统控制难以使系统在全部运行状态下获得满意的动、静态性能。随着不依赖于数学模型的智能控制技术的发展，模糊控制和人工神经网络在风电机组控制领域应用方兴未艾，并成为研究热点之一[1,6]。
文献[13]在桨距控制器设计中引入二维模糊控制算法，仿真结果验证了在风速高于额定风速且频繁变化时，基于模糊控制算法的变桨距控制器能够随风速变化不断调节桨距角，使风力发电机输出功率稳定在额定值附近。文献[14]对基于模糊控制的双馈风力发电空载并网技术进行了研究，其在有刷双馈异步发电机转子可逆变流装置的控制中，采用了参数自整定模糊PI控制器，即利用模糊控制规则对PI算法的比例参数和积分参数在线调整，仿真表明该控制算法可有效提高系统的鲁棒性。文献[15]则在基于爬山搜索算法实现小型风电系统MPPT的控制系统中引入模糊/PID双模控制，大范围搜索用模糊控制，小范围搜索则用PID。仿真表明:模糊/PID双模控制能使系统平稳跟踪最大功率点，发电机稳态输出功率波动较小。
人工神经网络具有映射任意非线性输入-输出关系的能力。可基于BP网建立桨距角全范围变化时的风能利用系数模型;也可建立以风速、风轮角速度、功率为输入，桨距角指令值为输出的BP网，构成基于BP网的桨距控制器[1]，实现桨距控制的目标。文献[16]选择风力机转速和风速作为直接样本数据，计算得到的风力机输出功功率为间接样本数据，经离线训练，建立了以风力机转速和功率为输入、风速为输出的BP网风速预测模型，并将该风速预测模型应用于采用风速跟踪控制方法的直驱式风力发电系统MPPT控制，仿真结果表明基于BP网的风速预测模型正确、可行。文献[17]在变速恒频双馈异步发电机定子有功功率控制中引入单神经元控制算法，实现MPPT，仿真结果验证了控制算法的有效性。
目前，风电机组智能控制研究多数停留在仿真阶段，尚缺乏实际工程应用。另一方面，模糊控制和人工神经网络具有互补性，两者相结合的神经网络模糊控制在风电机组控制领域中的应用研究尚少;基于数据驱动的机器学习方法与风能转换系统控制相结合的研究也有待深入。
4.2 风力发电系统低电压穿越技术[5][18,19]
随着风电机组装机容量不断增大，风力发电系统对现存电网稳定性的影响成为倍受关注的课题，其中热点之一是研究电网电压瞬间跌落情况下风电机组对电力系统的影响。目前，世界各国纷纷制定了针对大型风电机组并网运行的标准，要求在电网发生故障如电压瞬间跌落时，风电机组仍能保持并网，且能向电网提供一定的无功功率支持，以提高电力系统的稳定性，这就要求风电机组具有一定的低电压穿越(LVRT)运行能力。
双馈异步发电机(DFIG)风电机组在电网电压跌落时将导致DFIG转子侧过电压、过电流。转子电路中的Crowbar(保护)电路是使DFIG风电机组具备LVRT能力的关键，其在电网电压故障时可有效对变流器进行保护，且可向电网发出无功功率，使电网电压迅速恢复正常。但转子Crowbar电路无法兼顾转子侧变流器及齿轮传动等机械部件实现全面保护，且不同故障类型及不同故障程度下的电路参数难以统一。目前，DFIG风电机组的LVRT运行研究仍是难点，主要集中于保护电路拓扑结构和变流器控制算法改进研究。
对采用多级永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统而言，因为其与电网通过背靠背功率变换器隔离，且无功功率控制灵活，故在LVRT运行方面具有优势。在直流侧增加保护电路、在直流侧和电网间增加辅助变流器等保护措施可增强直驱型风电机组LVRT运行能力。
风力发电控制政策 篇5
1总则
风力发电机组是风电公司各风电场进行电力生产的主要设备。发生风力发电机组轮毂（桨叶）脱落事故，必然损坏风力发电机组，影响变电站上网电量的输出，甚至危及人身安全。按照二十五项反措要求,根据运行方式和天气变化等情况及时分析和预测事故发展可能带来的后果,预先采取有针对性的措施进行防范。特制定本措施。
2组织机构及职责
贝力克风电场风机检修班负责对风力发电机组进行检修和维护工作，职责包括：当设备发生异常情况需要紧急处理时，检修班组召集有关人员到现场处理；3 防范及措施
3.1在维护时，须认真按照维护作业指导书要求进行力矩校准、油脂添加、定值核对及机械和电气试验等工作，定期开展技术、质量监督工作，以防止重大设备事故发生。
3.2建立完善的风机巡检制度，巡检项目中应包括轮毂（叶片）的检查，巡检中发现有螺栓松动、损伤、断裂现象时，采用专用设备全面检查。
3.3为防止风机发生轮毂（叶片）脱落及倒塔事故，应加强风机设备巡检和定检的管理工作，优化设备修复工艺，对预投产和已投产项目全面开展机务技术监督、质量监控工作。特殊天气过后，加强对轮毂、叶片巡检。
3.4 当发现风电机超速运行，不可盲目处理，要根据实际情况进行具体分析，然后再进行处理，并及时向场领导汇报。1.风电机超速初期，目视观察比较或在监控机上确认风轮转速是否正常。如风轮转速正常，首先通过监控机遥控停机，风速不超过18m/s时也可在塔下操作停机。2.当发现风电机超速事故时，不可切断风电机电源开关。在风电机未脱网时，应手动进行偏航，使风电机偏离主风向，逐渐降低转速，直至风轮不转，上塔进行固定。若风机达到极限风速并未停止，必须采取强制措施停止风机运行。执行顺序为：控制室后台侧风90度并停机→现场手动侧风90度并停机→现场紧急停机→断开箱变高低压开关。操作完毕后应远离风电机高度2倍的距离，并且人要在风电机上风处，等待风速下降后，再进行处理。在处理事故时，不少于两人，其中必须有一人进行安全监护和安
全监督，做好个人防护措施，以防高空坠物或机械伤人。3.根据运行数据和声音的异常判断、预测到风电机机舱或叶片有坠落的可能时，任何人员、车辆不可靠近风电机，至少处于大于风电机高度四倍的距离以外，也不应在风轮旋转的平面位置停留。
3.5出现雾、雪等可能导致桨叶覆冰的天气，应加强对风机桨叶的检查，发现叶片覆冰应立即停机处理，直至覆冰消除后方可启动风机。
3.6监控人员要实时监控机舱振动、风机功率、主轴承温度等参数，发现异常，应登塔检查。
3.7由于振动触发安全链导致停机，未经现场叶片和螺栓检查不可启动风机。维护检修人员应登塔检查（检查内容包括：叶片、叶片螺栓、轮毂内设备、齿轮箱、主轴、发电机等重要设备）。
3.8桨叶损坏修复时，应控制修补材料重量，保证修复后叶片组动平衡不被破坏。
3.9更换叶片时，应尽可能成组更换。
3.1.1叶片及轮毂采购不许转包，如采用外委维修，应设专人监理，严把质量关。
3.1.2定期采用探伤设备对螺栓进行检查，定期对轮毂系统进行金属探伤抽检。
3.1.3根据各类机型厂家技术规范要求，定期对螺栓进行紧固。若发现螺栓松动或损坏，按风机厂家技术规范要求进行处理。
3.1.4由于振动触发安全链导致停机时，未经现场叶片和螺栓检查不可启动风机。
风力发电控制政策 篇6
【摘要】伴随着世界经济的不断发展，给能源和生态造成了巨大的压力。近年来，随着人们思想意识的不断提高，人们开始开发新的可替代能源。在一系列新能源的开发过程中，风能以其较大的规模和快速的发展速度引起了人们的瞩目。随着风能的不断开发，出现了多个靠风力来进行发电的系统，而在这些系统当中，最具特点和效率最高的是直驱式永磁同步风力发电系统。采用直驱式永磁同步风力发电系统给人们带来了更高的效率，其自身拥有简单的结构和较大的可靠性，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究越来越受到重视。
【关键词】直驱式风力发电；民族文化传承；作用
前言
随着科学技术的不断进步，人们开始意识到能源在促进人类社会不断发展中的重要作用，伴随着飞速发展的社会经济，作为人类发展至今的主要能源的煤和石油等已经面临着枯竭的状态。为了实现人类的可持续发展，人们开始研究新能源和可再生能源的开发和利用。而风能以其自身独特的优势，在近年来新能源的开发过程中得到广泛的关注。对风能的开发和利用过程中产生的直驱式永磁同步风力发电系统给人们的生活带来了极大的便利，同时还减少了污染，因此对于直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究具有重大意义。
一、直驱式永磁同步风力发电系统
（一）原理。作为变速恒频变桨风力发电系统的一个种类的直驱式永磁同步风力发电系统，英文缩写为PMSG，人们在对其进行空过程中所采用的方案基本上与双馈异步风力发电系统相同，但是却较之具有更简单的构造和更高的效率以及更具有可靠性，而且在直驱式永磁同步风力发电系统内部是直接将发电机与风力机进行连接的，而增速齿轮箱这一部分直接进行了删减。在直驱式永磁同步风力发电系统当中，于电网相连的发电机组是经由电力电子功率变换器发生的，由风力发电机送出的电能是非常不稳定的，不能够工人们生产和生活正常使用，因此直驱式永磁同步风力发电系统将这个不稳定的电能经过一系列转换，使其能够产生交流电，而这个交流电与电网拥有相同频率和幅值的，这样一来这个不稳定的电能就能够直接进入电网[1]。
（二）优点。首先，增速齿轮箱的省略，在其他风力发电系统当中都存在这增速齿轮箱，在发电系统运行过程中经常会出现漏油的现象，同时由于增速齿轮箱自身的原因还很容易造成其他仪器发生问题，维护频率针对发电系统而言是非常重要的，而增速齿轮箱的省略使该频率得到了保障，使较高的可靠性在系统运行过程中得以体现；其次，提高了系统效率。在直驱式永磁同步风力发电系统当中是没有励磁装置的，这在一定程度上使发电的效率得到了提升，使风速在切入系统的过程中大大降低，从而也就使系统的运行覆盖面得以增加，对风能的有效利用率得以加强；再次，良好的电网接入功能。在直驱式永磁同步风力发电系统中与电网进行连接的发电机是经由电力电子功率变换器来进行的，这就使电网和发电机之间的干扰降低，在发生故障是能够互不干扰，使穿透能力在低电压中得以提升[2]。
二、直驱式永磁同步风力发电系统控制
（一）永磁同步电机的控制。在对永磁同步发电机进行有效控制的过程中，以两方面的策略为主，第一，id=0控制策略，首先将三相定子电流合并为一个单位，并在q轴上定向，此时假设转子磁链是永恒不变的，没有去磁效应的产生，并且定子电流同电磁转矩为线性的联系。这是一种能够简单化电机转矩控制的方法，然而在id=0的时候，不是永恒不变的机端功率的因数，功率因数的下降会因负载电流的增长而逐渐减少；第二，恒定气隙磁链控制策略，它的重要优势在于能够保证气隙磁场的永久不变状态，使功率因数始终保持较高的值，但是当id≠0时，这一策略将导致去磁效应的产生。
（一）机侧PWM交流器控制策略。永磁同步发电机的转动速度主要是由机侧PWM交流器来进行控制的，它能够促进风機之上的叶尖速比处于最好的状态，使最大功率得以充分观察和控制，将发电机转速进行有效的掌控要经过对发电机定子电流的相位和幅值进行掌控[3]。
（二）网侧PWM逆变器控制策略。网侧PWM逆变器控制的目的是将直流电转换成交流电，具体是为了得到同相位和幅值的电网的交流电要使机侧变流器整流而来的直流电进行转换，而此时，必须要确保稳定的是直流母线电压。对直流母线下达的电压命令要达到一定数值，来保证充足的反向截止电压能够供给给开关。电网电压的矢量顶箱操控是网侧年便器所应用的策略，在d轴上使网侧电压矢量进行定向，单位功率因数形式处于正常的工作状态下，只有有功功率得到了输出；当故障造成电网停止运作时，要使无功电流命令得到转变，逆变器有功和无功的多少进行调整[4]。
（三）变桨距控制基本原理。如果风速超出了规定的数值，要想达到对自然风被风力机所吸取的能力的有效控制的目的，要使安全贯穿到风电系统当中，变桨距控制模式应该在风机中启动。变桨的意思是使桨距角的大小在风力机叶片得到有效控制的情况下进行转变，以此来转变叶片的启动特性，这样做的目的是在风速较高时将风机输出功率保持在规定的功率数额左右。在当前的状况下，三桨叶独立变桨结构是被兆瓦级风电机组普遍运用的，机组输出功率、风速和发电机转速都是控制桨距角的量。
结论
在对直驱式永磁同步风力发电系统进行研究的过程中，能够通过各种有效控制研究方法使其得到较好的应用价值。在当今世界经济飞速发展的状态下，加强对新能源的有效开发和利用具有历史性的价值。同时还能够转变传统的能源给世界环境和生态造成的严重损害现象，实现世界经济的可持续发展。在进行新能源开发的过程中，直驱式永磁同步风力发电系统的开发和使用，以其自身独特的特点得到了广泛的认可和支持，在这种情况下，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究意义重大。本文通过对直驱式永磁同步风力发电系统控制的研究，对今后工作中该系统的使用具有重要价值。
参考文献
[1]束成.直驱式永磁同步风力发电系统控制研究[D].南京理工大学，2014.
[2]张义.直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究[D].天津大学，2007.
[3]赵仁德，王永军，张加胜.直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制[J].中国电机工程学报，2009，27：106-111.
风力发电控制政策 篇7
关键词：分散式,风力发电,风电入网,激励措施
分散式风力发电在中国是一个新的概念,过去几年里中国一直注重风电的规模化发展。但在一个电网里风电的开发并不是越大越好,因为风电具有随机性、间歇性的特点,会给电网调度增加困难。而美国、德国、西班牙和丹麦等国家,在分散式风电方面却取得了令人瞩目的成就。据他们的成功经验,以分散式、低电压等级接入系统的风电项目,在电力调度上可以作为一种“逆负荷”管理,对电网的主频率和电网电压等重要参数的影响都很小,所以分散式风力发电是经济合理、风能资源能够充分利用的一种开发形式。
1 分散式风力发电技术
1.1 分散式风力发电的定义
分散式接入风电项目是指位于用电负荷中心附近,不以大规模远距离输送电力为目的,所产生的电力就近接入电网,并在当地消纳的风电项目。分散式接入风电项目应具备以下几个条件。
1) 应充分利用电网现有的变电站和线路,原则上不新建高压送出线路和110 kV、66 kV变电站,并尽可能不新建其他电压等级的输变电设施。
2) 接入当地电力系统110 kV或66 kV降压变压器及以下电压等级的配电变压器。
3) 在一个电网接入点接入的风电装机容量上限,以不影响电网安全运行为前提合理确定,统筹考虑各电压等级的接入总容量,并鼓励多点接入。
4) 除示范项目外,单个项目总装机容量不超过5万kW。
1.2 分散式风力发电的好处
分散式风力发电最明显的优点就是不用像大规模风电场一样新建高电压、远距离输电线路,其容量小,本地消纳的压力小,而且还有如下几方面的好处。
1) 对电力用户的好处。
在电力用户附近,恰当的地点安装合适的风电机组,充分地利用风能资源,不用新建长距离输电线路,进而大幅度减小了线路的损耗,提高了能量转换的效率;依靠先进的电力电子设备进行有效地控制,满足了电力用户对电能质量的要求;为中国输电线路、配电设施延伸不到的偏远地区,提供电力供应提高了电力供应的可靠性;为电力用户使用电力,提供了多种选择的途径。
2) 对风电开发商的好处。
分散式风力发电选址灵活、体积小、投资小、建设周期短,风电开发商能够对投资形式进行有效评估,从而可以减小投资的风险;以相对低的资金成本进入竞争的电力市场;分散式风力发电属于可再生能源,可以享受可再生能源的一些优惠政策;建在电力用户附近,一定程度地节约了输电线路和设备的资金花费;紧密配合负荷增长,扩建周期短,避免了无谓的资金开销。
3) 对电网公司的好处。
风电机组就地安装,靠近电力用户,节省了远距离传输的输电线路和配电系统的投资;在没有输配电网络的偏远地区,电网公司架设输电线路和配电设施的成本极高,所以分散式风力发电为电网公司缓解了压力;分散式风力发电亦可以作为今后应对电网大面积停电的一种重要措施,通过设置和调节应用于分散式风力发电的风机达到快速恢复和自启动,当电力系统发生大面积停电事故后,这些发电机可作为电网“黑启动”的电源,减少停电造成的损失,因此,分散式风电是大电网的有益补充。
4) 对社会大众的好处。
缓解了日益紧张的化石能源的压力,削减了温室气体的排放,即满足了人们持续增长的电力需求,又响应了环境保护的号召;需要专业人才,可以一定程度地缓解就业压力;作为分布式发电或微网的一部分,在发展过程中可以与其他能源发电项目有效结合,进一步提高供电的可靠性;对电能供应的可靠性和电能质量有更高要求,所以促进了中国风机产业的发展和技术升级,进一步提高了整个国家的劳动生产率。
2 国外分散式风力发电得以发展的主要因素
2012年6月,中国并网风电装机容量达到5 258万kW,超过美国跃居世界第一,成为全球风电规模最大、发展最快的电网。可见,中国风电在规模化发展取得了突出的成绩,但在分散式风力发电方面相比美国、德国、西班牙、丹麦等分散式风力发电激励政策相对完善的国家,中国还处于起步阶段,所以我们应该对以上国家的激励政策进行深入研读,以促进中国的分散式风力发电快速发展。
分散式风力发电项目在美国、德国、西班牙和丹麦这些国家得以快速发展,有其各自的特点,亦有其共性,对其共性进行总结主要包括以下几个方面。
1) 这些国家分散式风力发电项目都得到了社会各界的大力支持,特别是地方政府降低门槛,允许个人投资建设分散式风力发电项目。
2) 分散式风力发电项目的开发流程简单,从风电项目的评估到商业运行的周期较短。
3) 分散式风力发电项目的规模多样,从50 kW的小型家用风机到兆瓦级的大型并网型风机,以固定电价来满足政府、商业、工业、居民等不同种类用户的电力需求。
4) 分散式风力发电项目入网门槛低,可直接通过当地配网实现电网接入。
5) 国家制订了鼓励开发分散式风力发电项目的一系列政策和措施。
6) 风机制造商致力于新型风机的研发,应用于分散式风力发电的风电机组技术相对成熟。
7) 金融机构、能源供给企业、以及政府都能为分散式风电项目的建设提供资金支持。
3 国外分散式风力发电的政策研究
目前,美国、德国、西班牙和丹麦等国家的分散式风电方面建立的激励政策都已取得很好的效果。对其进行分析和总结,借鉴其先进经验,以指导中国分散式风电项目的有序开发。
1) 可再生能源配额制(RPS)[1,2,3]。
当今,美国、德国、西班牙和丹麦等国家都已经建立了可再生能源发电量占比标准。可再生能源发电量占比标准对于吸引分散式风电项目的投资、拉动风机制造业、降低用户销售电价和应对全球气候变暖问题等起到了积极的作用。
2) 财政补贴和税收优惠政策[4,5,6]。
税收优惠政策是在价格及费用分摊和财政支持制度基础上进一步扶持分散式风电项目的经济激励措施,是对分散式风电项目的投资者最直接的激励。
每个国家针对分散式风电项目出台了各种各样的财政补贴和税收的优惠政策,但取得的效果却不尽相同。其中效果最为明显的就是美国。因为美国的政策灵活多样、易实施。如美国并网型的分散式风电项目既可享受单位发电量的生产税抵免优惠政策(PTC),亦可按照项目投资额的30%一次性享受现金补贴(ITC)。分散式风电项目“自发自用”部分无法享受PTC,但可享受ITC。美国还有很多政策可用于分散式风电项目,如美国可再生能源计划(REAP)可提供的项目可行性研究补贴及贷款担保;提高能效与节能专项补贴政策 (EECBG)的专项拨款用于鼓励并引导分散式风力发电项目的开发建设[7,8,9]。
3) “双向义务”机制。
“双向义务”机制是指,一方面,电力公司有购买分散式风电场生产出来全部电能的义务;另一方面,也规定了分散式风电场要提前对风电出力进行预测,并将未来一段时间内尽可能准确的预测结果通知给电力公司[10,11,12]。
4) “双轨制”。
“双轨制”即固定电价和溢价机制相结合的方式。固定电价是指风电电价参考电力平均销售电价来确定,电力公司必须按照这样的价格水平收购风电,超过电网平均上网价格部分由国家进行补贴。风电溢价机制是指风电开发企业需要按照电力市场竞争规则竞价上网,而政府会额外为上网的风电提供溢价,即“溢价=政府补贴电价+电力市场竞价”。风电平均参考销售电价每年由政府根据电力市场销售电价确定,这样既为风电提供最基本的电价保障,又鼓励其参与电力市场竞争。
5) 清洁可再生能源债券。
清洁可再生能源债券(CREBs),清洁可再生能源债券允许符合条件的可再生能源项目公司(如地方政府、市政单位、投资公司、电力公司等机构)向国家税务局申请发行税收抵免债券,用于项目融资。债券发行人只需支付本金,债券持有人可以根据政府的规定享受税收抵免,调整后的税收抵免额度为联邦政府公布的债券利率。如果抵免额度超过纳税义务,相应部分可以延期到下一个年度。
6) 节能债券。
节能债券(QECBs),节能债券没有CREBs的诸多限制,它可以直接用于分散式风电项目的融资,分散式风力发电项目开发企业也可通过此种债券形式进行融资。
7) 实行绿色认证。
政府实行绿色认证,鼓励电力用户购买一定数量的绿色清洁能源,以扩大消费者对分散式风力发电等可再生能源的使用[13]。
8) 市场准入和上网优惠。
政府通过强制措施和税收优惠等多重政策,消除风电在开发初期的市场准入障碍,建立行之有效的投融资机制。对分散式风电项目上网给予鼓励。电力公司须将售电收入优先付给私人风电场的所有者。所以,在这样的政策和制度下,建设、经营分散式风电项目是有利于投资者,有利于促进全民办风电。
9) 制定分散式风力发电项目的电能计量政策。
就并网型分散式风力发电项目而言,所生产的电能除“自发自用”和就近利用以外,多余电力应送入当地配电网予以消纳。这样,分散式风力发电项目的电能计量政策不仅能够充分满足项目业主及周边用户的电力需求,还可为开发商创造经济收入,提高其财务生存能力。
4 对中国分散式风力发电的启示以及政策建议
中国促进分散式风电项目发展的政策体系由可再生能源法及其相关实施细则所覆盖,在2011年,国家能源局针对分散式风电项目陆续出台了两个文件,分别是国能新能【2011】226号文件《国家能源局关于分散式接入风电开发的通知》和国能新能【2011】374号文件《分散式接入风电项目开发建设指导意见》。
虽然中国在分散式风电方面的政策还不够完善,可以说是刚刚起步,但这两个文件的出台,给分散式风电的发展迎来了春天。
结合中国的国情,借鉴国外的先进经验,中国在政策层面上应该完善以下几个方面。
1) 完善可再生能源专项资金制度。
在《可再生能源法》实施后,2006年5月国家财政部颁布了《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》,对专项资金的扶持重点、申报及审批、财务管理、考核监督等方面做了全面规定。但是,在该办法中,并没有明确资金的额度,也缺少对项目申请程序、资金使用的具体规定。因此,业界普遍反映该办法实施起来不明确的因素过多,可操作性较弱。《专项资金管理办法》成为《可再生能源法》中专项资金制度的一种解释,而非具体的落实政策[14]。
2) 应该明确电网企业在可再生能源发展中的责任。
在《可再生能源发展中长期规划》中只规定了发电企业的可再生能源发电配额,但是对与电网企业的配额规定仍属空白,这也是导致《可再生能源法》中提出的可再生能源发电电量保障性收购制度没有得到很好贯彻落实的主要原因之一。为了促进电网的改革和建设,应尽快完善可再生能源电力配额制的实施细则,通过配额制的实施,要求电网企业采购一定电量的配额,明确电网的责任。
3) 应该明确分散式风电的发展目标。
由于担心产业发展速度跟不上,以前中国规划中的风电发展目标均远小于发展速度,这往往成为风电上网难的借口。因此要想分散式风电项目能够得到发展,就必须明确分散式风电的发展目标。《风电发展“十二五”规划》中提出按照“分散开发,集中管理”的方式,支持和鼓励分散式风电的发展,但这只是笼统的概念,地方难以落实下去,所以最直接的方法就是针对不同地区制定相应的分散式风电的发展目标,使其有章可循。
4) 应该加大吸引个人投资分散式风电的力度。
目前,中国投资风电行业的主要是大型发电企业,个人投资的较少,这和中国的发展战略有关,因为过去几年里中国一直鼓励大规模风电项目的开发,需要投资数额较大,个人财力有限,与大型发电企业进行竞争不太现实。但对于分散式风电项目来说,除了大型发电企业,更应该注重对个人投资的吸引,因为根据国外的经验,鼓励全民办风电,才是分散式风电迅速发展的主要途径。但要吸引个人投资,除了要降低风电场的初始投资,使风电价格大幅下降外,还要建立起清晰、明确的法规,个人资本在能够计算清楚投资收益后,他们才敢于开发分散式风电项目。解决这一问题的方法有两种,第一种办法是制定购电协议,在购电协议中明确分散式风电项目投资者和电网公司权力和义务。但制定购电协议一样非常困难,一是购电协议的复杂性和各方谈判的高成本,很难就所有问题达成一致。二是很难确定上网电价,因为每一个分散式风电项目都有其特殊性,况且数量庞大。第二种办法是在全国范围内制定一个统一的分散式风电上网电价,国外很多国家都是采用这种方法。只有上网电价确定了,个人投资者能够容易计算出自己的收益,才敢于投资分散式风电项目。
5) 增值税转型的影响。
2009年1月1日开始实行的全国增值税转型,因为影响地方政府的投资积极性,可能对风电产业的发展带来消极影响。增值税转型是指由生产型增值税转为消费型增值税,即企业购入设备的金额允许从销售额中扣除。从国家层面而言,全国增值税由生产型转向消费型,针对第二产业的机器设备实施税前抵扣,可为风电开发企业减轻税收负担。但这对地方财政而言,意味着大笔减收。
目前,已经出现了下面几种地方保护主义现象:一是部分地方政府要求开发商购买当地设备才能获得项目开发权;二是要求风电设备制造企业在当地建厂才能将设备卖到当地;三是出现地方政府借各类名义提高或征收新的税费,例如部分地方政府提高征地价格和土地使用税,还有部分地方政府向开发商收取风电建设发展专项基金等,这些都将导致风电开发成本有不小的增加。从长远看,这些做法对于风电产业快速发展、产业布局优化及产业多元化发展等非常不利。
风力发电机组的控制技术 篇8
能源问题与环境问题是当今人类生存与发展所急需解决的首要问题, 而常规能源如煤、石油、天然气等污染环境, 而且基于不可再生的前提下无法无限开采, 因此, 对可再生能源的开发与利用已受到世界各国政府的重视。近30年, 西方国家在风能开发利用也已取得了喜人的成就。
我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一, 且风力发电比常规能源发电的成本有一定的竞争优势。随着科技的不断发展, 风力发电机组的控制技术也在不断更新, 逐渐趋于智能化、轻盈化、高可靠性。风力发电施工周期短、占地少、投资灵活, 具有较高的经济效益与社会效益, 且随着《可再生能源法》的实施和京都议定书协议的生效, 国家加大了对可再生能源支持的力度, 风力发电产业得到了连续快速发展, 出现了风电热。今年年初国家对私人发电企业提出了政策支持与购买支持, 越来越多的私人企业家也开始投入风力发电的产业中去, 更一步促进了对风能的开发利用与对风力发电机组的控制技术的研究。
二风力发电机组的控制
对风力发电机组的控制目标主要包括两方面, 一是风电机组在运行过程中的稳定性, 即能否在运行范围中按照预定轨迹运行;二是控制风电机组的运行性能, 即包括机组的发电效率、发电质量、机械载荷等。主要的风力发电机组类型有如下几种。
(1) 失速型风力发电机组
失速型风力发电机组包括定桨距失速型风力发电机组和变桨距失速型风力发电机组两种。其中, 定桨距失速型风力发电机组是通过风轮叶片失速来控制风力发电机组在大风时的功率输出, 同时通过叶尖扰流器来实现极端情况下的安全停机问题。而变桨距失速型风力发电机组与其不同, 他是在低风速时通过改变桨距角或保持一定的桨距角使其功率输出增加, 而在高风速时通过改变叶片桨距角来控制功率输出。
(2) 双馈变速恒频型风力发电机组
双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节, 同时采用可以变速的双馈型发电机, 并输出恒频恒压电能。在低于额定风速时, 它通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳尖速比下运行, 输出最大的功率, 而在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。
(3) 直驱型风力发电机组
直驱型风力发电机组是无齿轮箱的变桨距变速风力发电机组, 风轮轴直接与低速发电机连接。直驱型风力发电机组要采用全功率变流器。
(4) 混合型风力发电机组
混合型风力发电机组采用单级齿轮箱和中速发电机, 是直驱型风力发电机组和传统型风力发电机组的混合。混合型风力发电机组也要采用全功率变流器。
三风力发电系统的现代控制技术
1.滑模变结构控制
风电机组是一个复杂多变的非线性系统, 在运行过程中还会遇到风向变化、阵风以及负载变化等情况, 因此无法建立一个精确地数学模型对其实现控制。滑模变结构控制等同于一种不连续的开关型控制, 当满足系统设定的匹配条件时, 就只能在特定的空间中做滑模运动, 具有对系统参数变化不敏感、响应速度快、鲁棒性强、设计简单、易于实现等优良特点, 保证了系统在参数不确定的情况下的稳定, 满足了风力系统最大功率限制的要求, 为风力发电机组的控制提供了有效的方法。
滑模变结构控制可以有效抑制外界的扰动对双馈变速恒频型风力发电机组的影响, 同时满足了控制系统的鲁棒性, 但是对于系统的抖振却成为控制系统的一大缺陷。近期有研究人员提出高阶滑模变控制方法, 即将不连续的控制量作用在高阶微分上, 不仅保留了传统滑模的优点, 而且可以有效地消减系统的抖振现象, 保持稳定的输出功率。
2.H∞鲁棒控制
H∞鲁棒控制理论是Hardy空间, 通过某些性能指标的无穷范数优化而获得具有鲁棒性能的控制器的一种控制理论。H∞鲁棒控制具有较好的处理多变量问题的能力与严格的数学基础, 可直接解决起初建模所产生的误差, 当风能激励时, H∞的范数最小, 控制系统的输出最为稳定, 确保系统能够按照既定的目标轨迹运行, 因此将H∞鲁棒控制应用于风力发电机组的控制系统是最佳的选择。
在风速、风向不断变化的情况下, 变速恒频风力发电系统可以采用H∞鲁棒控制原理, 提高系统对参数的不确定性与负载扰动的鲁棒性, 实现系统对风能的快速追踪, 提高风能的利用率与捕获率, 由此也体现了鲁棒控制的优越性。
3.最优控制
由于风力发电机组主要应用于风速变量不确定、干扰大、非线性的环境中, 因此无法使用数学模型来达到精确的控制, 而最优系统的控制可以利用线性化的模型设计找出附近的工作点, 并利用反馈实现大范围下的精确解耦线性化, 从而实现风能、风力的最大捕捉与控制, 即实现风力发电机组的最优控制。
最优控制系统对于有功、无功率输出以及电功率波动小的要求矛盾具有理想的折中方式, 同时对因线路故障引起的电压扰动具有很好的抑制作用。
4.矢量控制
矢量控制主要应用于双馈电机的控制系统中, 又分为基于定子磁场定向的矢量控制、基于定子电压的矢量控制及基于气隙磁场定向的矢量控制等。
矢量控制系统可以实现风能的最大跟踪, 并可以实现有功功率与无功功率的独立解耦调节, 且适用能力强、抗干扰, 并能在短时间内达到稳定控制。但由于转自电流励磁分量的多少影响发电机组的稳定性, 因此回事无功补偿量的大小受限制。
5.模糊控制
模糊控制是一种基于语言规则、模糊推理的高级控制策略, 不依赖与被控制对象的精确数学模型, 不受非线性因素的直接影响, 具有较强的鲁棒性。模糊控制是典型的智能控制方法, 帮助提高风能利用率、实现最大功率跟踪和变速恒频的特点。主要用于案例有:
(1) 在变桨距并网型风力发电机组中的应用, 不仅改善了控制系统的动态特性, 而且控制了风轮的桨距角、风力机转速, 调节叶尖速比, 实现了风力发电机组的恒功率输出与恒定的频率, 比传统的PID控制器更有效的减少了抖振, 提高了系统的效率与质量。
(2) 在风力混合动力发电系统中提出了基于TS模糊模型系统, 吧局部的动态非线性系统有语言规则分割为低级系统, 并提供最佳的分割时间序列, 然后由线性二次调节系统加强控制。相比传统的控制方式, 此方式更有效的减少的外界的扰动, 适用于风速与负载不断变化的环境中。
(3) 在双馈异步风力发电机组中选用最优的模糊控制逻辑, 当发动机的转动速度小于既定的转动速度时, 可以通过整流器和逆变器的控制改变发电机的转速, 使其与风速的变化一致, 从而或得最大风能利用率;当发动机的转动速度大于既定的转动速度时, 模糊控制器通过改变桨距角来除去多余的风能, 从而限制风轮的风能捕获率。这样利用风轮的转动速度来存储、释放能量的方式, 不仅提高了功率传输链的柔性, 同时使风力发电机组的输出功率更加平稳。
模糊控制理论以自身优越的特点, 并结合人工智能技术、神经元网络技术、仿人智能技术, 因此在风力发电机组的控制领域等到飞速的发展。
6.人工神经网络控制
人工神经网络控制也属于智能控制技术中的一种。神经网络理论是基于人类及生物的适用功能、学习功能、以及判断功能等理论研究, 具有较高的自适应与自组织性, 能够捕捉与适应风力严重变化的不确定性, 于风力发电机组的高智能化相当重要。
风速预测与风俗的特性、预测周期及预测地点息息相关, 因此可以采用神经网络法研究短期风速预测, 即用时间序列模型来确定风速输入变量, 利用反向传播神经网络和回归神经网络分别对采集到的风速变量进行预测。人工神经网络适用于非线性系统, 且不需要依靠精确的数学模型, 通过自身优越的自适应与控制能力实现电能质量的转化, 这种系统可以稳定、高效的运行在风速不确定、风向不稳定的真实环境中。
在滑模变结构控制探讨到积分模糊滑模变控制变量, 其优先应用于控制风力不确定与干扰较大的环境中, 克服了精确数学模型的束缚, 以及不可分割的风电机组控制系统。而近期相关研究人员提出, 采用模糊神经网络控制算法在风力发电机组的控制系统中的应用具有很广阔的前景, 但只适用于风速高于额定风速的情况, 而对于风速低于额定风速的情况未给予考虑。
四总结
风力发电对环境的保护、人类生活水平具有重大的影响, 而风力发电技术设计范围较广, 主要涉猎了自动控制、电力电子、生物学、空气力学等高技术系统控制工程。随着近几年的技术发展, 我国风力发电机组的主要控制技术仍存在着许多不稳定与不足的地方, 有待于我们继续探究。根据目前的发展现状, 可以总结出风力发电机组的控制技术主要研究方向总结如下: (1) 风电机组的工作环境逐渐由陆上风电转向海上风电; (2) 定桨距转向变桨距、变速恒频; (3) 结构设计轻盈化、高可靠性、紧凑柔性; (4) 风电场远程监控系统; (5) 无线网络技术的应用; (6) 增加其它智能系统的应用等。
总的来看, 我国风力发电机组的控制技术水平还处于初步不稳定阶段。而随着我国风力发电企业的不断兴起以及国家政策的支持, 我国相关技术水平将逐步趋于完善, 运行管理水平也会不断提高, 必然会给我国风力发电带来繁荣的大好景象。
摘要：由于风能的不稳定性、随机性及密度低等特点, 风力发电控制系统成为发电机组高效运行的关键。本文根据风力发电机组的复杂多变、非线性、多干扰等特点, 对比分析各种控制方法对各种风力发电机组的控制实现与优缺点, 并提出有效合理的解决方法, 同时探讨风力发电机组控制技术的未来发展方向。
关键词：风力发电机组,现代控制技术,智能
参考文献
[1]向阳芳, 风力发电中的控制技术研究, 牡丹江大学学报, 2010年9月 (9) :125-127.
[2]郑雪梅, 李琳, 徐殿国.双馈风力发电系统低电压过渡的高阶滑模控制仿真研究[J].中国电机工程学报, 2009, 27:178-183.
[3]周昆鹏, 直驱型同步风力发电机组故障诊断系统的研究和设计[D], 中南大学, 2010.
[4]邢作霞、王超、马佳等, 现代控制技术在风力发电控制系统中的应用, 技术, 2011年第07期:62-67.
[5]杨晓红、刘友、葛海涛, 风力发电系统控制技术应用展望, 电气制造, 2009年第9期:33-37
风力发电机组的功率控制设计 篇9
根据风能转换的原理, 风力发电机组的功率输出主要取决于风速, 但除此之外, 气压、气温和气流等因素影响其功率输出。因为定桨距叶片的功率曲线是在标准大气状态下测出的。当气压与气温变化时, 空气密度会随之变化, 所谓风机的功率曲线, 就是风力发电机组输出功率随风速变化的关系曲线。对于风力发电机组安装现场来说, 自然风风速和风向的不确定性, 特别是海岛山区地带, 山形变化急剧且无规律, 风况极为复杂。国际能源署 (IEA) 规定, 测风仪应装于风力发电机前, 距离为2～8倍风轮直径, 高度与轮毂相同。如果按此规定建立测风塔, 由于紊流、湍流和风向迂回的综合作用, 以及测量点和风机之间出现平均值时间误差, 极可能导致测风塔得到的风数据与风轮所接受的真正来风不一致, 测量绘制的功率曲线严重失真。所以, 以常规办法较准确地现场测绘功率曲线, 并以此考核机组性能是极为困难的。如何利用风力发电机自身测绘的功率曲线进行修正, 并作为评价机组性能的依据, 是本文要探讨的中心内容。
功率控制系统如图1所示, 由两个控制环组成。外环通过测量转速产生功率参考曲线。参考功率的百分比的形式给出, 在点画线限制的范围内, 功率给定的曲线是可变的。内环是一个功率伺服环, 通过转子电流控制器对电机转差率进行控制, 使发电机功率跟踪功率给定值, 这一控制环将通过改变转差率, 进而改变桨叶节距角, 使风轮获得最大功率。如果功率参考值是恒定的, 电流参考值也是恒定的[3,4]。
2 风力发电机自身测绘的功率曲线偏差
一般上风向的水平轴风力发电机的机舱尾部都装有风速计, 风力发电机在运行过程中, 计算机根据这个风速计及其相对应的输出功率的动态采样, 自动绘制生成该机组的功率曲线。但是, 风力发电机上安装的风速计测得的风速是来风在风轮上做功后气流流速降低的风速, 所以用尾流风速绘制的功率曲线存在较大偏差。风通过风轮后风速降低是因为来风损失了动能而风轮获得了机械能, 根据能量守恒定律, 计算功率系数。
2.1风能的计算
由流体力学可知, 气流的动能为
式中:m为气体的质量;V为气体的速度。
设单位时间内气体流过截面积为S的气体的体积为V, 则
如果以ρ表示空气密度, 该气体的空气质量为
即这时气体所具有的动能E为E=1/2Sv3。由于风能与风速的三次方成正比, 所以风速的微小偏差会造成功率的很大偏差。如果不加修正就用风力发电机上风速计测得的风速进行功率分析, 那么得到的功率曲线一定比实际情况好得多。现举例说明。某台额定输出功率Pr=750 kW, 额定风速vr=15 m/s的水平轴定浆距风力发电机, 其风轮前后风速的变化和瞬时能量转换用流线表示。根据贝茨 (Bets) 理论, 各参数存在下列关系:Betz理论的引出, 要想获得风能, 通过对空气的迟滞转换成风机转子的机械能, 再通过发电机转换成电能。然而风轮并不能把风功率完全吸收, 即若流过流面的空气被完全阻滞, 则对后续的来流形成“堵塞”, 这样得不到功率[5]。若对流过流面的风不加任何阻滞, 当然也同样得不到功率。因此必须在这两种极端情况之间, 选择一个最佳状态, 通过阻滞风速获得风能。所提取的能量既为流入能量减去流出的能量
所提取的功率为对方程2边求导
可见, 可取得的功率为风功率乘以功率系数Cp.功率系数取决于风速比
即当V2/V1=1/3时, Cp最大, 即
功率系数Cp随风轮下游风速V2与风机上游风速V1之比的变化曲线如图2所示。
由此可见, 通过一个理想风机可提取约60%的风含功率。在此, 风轮面的风速为2/3V1, 远离其后的风速为1/3V1。以上结论是在理想情况下得到的, 由于其他损失考虑到实际情况, 能够得到的实际效率要比理想的情况小。
2.2功率曲线的修正方法
图3为风力发电机气流流动过程。风力发电机的功率系数Cp随风速变化的关系如图4 (a) 所示, 与上面公式可计算出每一来风风速v1所对应的v2和v′值, 并绘制它们的关系曲线 (如图4 (b) 所示) 。
注:V1为风轮前远方风速 ;V2为风轮后远方风速 ;V′为气流通过风轮时的风速;A-风轮扫风面积;A1为风轮前扫风面积;A2为风轮后扫风面积
这种风力发电机的风速计装在机舱上, 距离风轮后面约5 m, 因低速气流中的空气可认为是不可压缩的物质, 根据质量守恒定律, 在能量转换过程中, 进、出气流量应该相等, 气流经风轮后通流面积增大, 速度逐渐减小。因此, 风速计上测得风速v1, 既不是后远方的风速, 也不是风轮处的风速, 其值必定在v′值与v2值之间。利用v1和v2的对应关系, 很容易从风力发电机的计算机自身绘制的功率曲线上, 求得修正后的实际功率曲线 (见图5) 。
2.3空气密度修正
风力发电机的输出功率与空气密度成正比, 在现场进行功率测量和计算时, 必须安装大气压力和温度传感器, 对大气压力和温度的10 min平均值作连续记录。每个功率平均值均可根据与大气压力、大气温度相关的空气密度状况来修正[7,8], 也就是说, 为了比较, 要把所得到的功率曲线换算为在标准条件下的功率曲线。在标准条件下, 空气密度ρ0=1.225 kg/m3, 温度T0=288.15 K, 压力ρ0=101.33 kPa。
测量点的空气密度ρ和换算到标准条件下的功率P0为
式中:T为现场测得的大气温度;p为现场轮毂高度处测得的大气压力。
经过第二次修正得到的功率曲线, 其精确度和可比性得到进一步提高。
3 结 语
制定风力发电机组功率曲线的测绘方法, 应因地制宜, 根据不同的风电场选择具体的方法。对地形复杂, 风况多变的海岛风电场, 笔者建议:选择合理的机位, 对机组计算机自身绘制的功率曲线, 通过理论计算进行修正, 并将其应用在风力发电机现场性能考核上, 即用该曲线与合同规定的标准功率曲线进行对比, 合理评价机组的实际性能。
参考文献
[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2005
[2]张新房, 徐大平.风力发电技术的发展及若干问题[J].现代电力, 2003 (5) :29-34.
[3]张秋生.风力发电机组功率曲线考核初探[J].风力发电, 2004 (3) :27-29.
[4]张延迟, 姜霞.大型风力发电机组的功率曲线[J].新疆大学学报, 2001 (2) :236-237.
[5] (美) TONY BURUON, 武鑫.风能技术[M].北京:科学出版社, 2007.
[6]周鹤良.我国风力发电产业发展前景与策略[J].变流技术与电力牵引, 2006 (22) :38-39.
[7]叶杭冶, 贺益康.21世纪太阳能新技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2003.
如何加强风力发电企业成本控制 篇10
关键词：风力发电,成本控制
2009年,大型风力发电机行业企业受到金融风暴冲击,状况不稳定,部分中小大型风力发电机企业将面临消失,并购或重组。目前,风力发电机行业竞争激烈,风力发电的造价成本有较大幅度变动,对于已经建成的风力发电企业的综合运营的收益也产生一定的影响。企业实施成本控制,可以降低成本,帮助成本目标的实现,推动企业改善经验管理水平,通过严格的成本控制,估算合理的收益,并做好应对未来风险的准备,鉴于企业实施成本控制的重要作用,对已经投产的风力发电企业,要结合外部环境变化和自身行业特点,实施成本控制,保证企业实现收益最大化,并通过持续的利润来源,稳定企业经营状况,近而加大科研投入,使得风能这一清洁的绿色能源能大规模的为人类所用。
一、成本控制的涵义
成本控制有狭义和广义之分,狭义的成本控制是指在成本形成过程中,根据事先制定的目标成本,对企业日常发生的各项生产经营活动所产生的成本按照一定的原则,采用专门的控制方法,进行指导、调节、限制和监督。主要是在执行决策过程中,要努力实现成本限额目标,即指事后控制,将各项生产费用控制在原来所规定的预算之内,如果发生偏差或出现问题,及时进行研究分析,查明原因,并采取有效措施,从而达到不断降低成本,实现规定的成本目标的一种控制措施。广义的成本控制包括一切降低成本的努力,目的是以最低的成本达到预先规定的质量和数量,包括成本的事前、事中、事后控制。本文中所进行成本控制的企业是指已经投产的风力发电企业,主要讨论狭义的成本控制。
二、加强风力发电企业成本控制的对策
目前,在我国的风力发电企业中普遍存在管理体制落后,成本控制机制不完善,技术人员及实施成本控制的员工业务素质水平较差,成本考核机制不健全,甚至部分企业在投资之初没有做好相应风机等继续设备的选择,造成后期维修费用很高,没有选择良好的资金利用方式,风力发电厂建成以后所要负担和支付的利息巨大,再加上国家对于风力发电企业的政策支持比较模糊,风力发电企业的合理利润面临挑战,为使风力发电企业持久经营,对于如何加强风力发电企业成本控制应采取以下措施:
(一)积极推进政府扶持政策
目前,风力发电所拥有的技术水平,使其不具备与常规能源发电竞争的能力,借鉴西方风电发展较先进国家的经验,对于初始投资巨大,运行成本相对较小的新型洁净能源形式,在初期,政府政策都给予了大力扶持,而现阶段我国的对于风力发电企业的政策扶持程度还不够明朗,国家除了增值税减半征收以外,其他对于企业进行成本控制进而降低成本,增加收益的政策几乎没有,而风力发电企业的发展离不开政策支持,包括税收、信贷、补贴和价格等方面。风力发电企业应该组织行业协会,说服国家出台更多的优惠措施,并从国家层面上加大风力发电技术的研发投入,使得风力发电企业的技术设备成本投入和后期运营维护成本降低。
(二)改善企业人员业务水平,树立成本-效益观念
在中国,风力发电还属于新兴的产业项目,精通风机维护等方面的人才较少,而风力发电机组运行维护不到位,则会影响风机的正常运行小时数,不及时排除风力发电机故障,还可能引起机组停机现象,增加风力发电企业的成本支出,因此要提高员工素质,加强员工成本控制意识。成本控制意识是指员工应以主人翁的心态时时做好成本节约的工作,注意控制成本,努力使成本降低,设法使其保持在最低水平,只有建立起员工和技术人员积极降低成本的意识,达到全员参与的目标,才能使降低成本的各项具体措施、方法和要求顺利地得到贯彻执行和应用。其次,成本控制应以成本-效益对比分析的结果作为成本控制的依据,成本控制是建立在效益不变,缩减成本费用开支,增加收益的情况下的,因此不能盲目控制、缩减成本投入,从而影响收益的成本控制时不可取的。最后,要加大对于技术人员和员工的培训,针对风力发电项目的特殊情况,机组的维护成本在风力发电厂投入运营后所占总成本比重较大,因此应该进行培训,并构建一支懂技术、会管理的人才队伍,并对员工进行合理的考核,建立相应的奖惩机制、避免渎职现象的产生。
(三)建立健全成本控制制度
风力发电项目的成本主要由建设投资和运行维护两部分成本构成,对于已经投入建成的风力发电厂的成本控制则主要是运营维护成本控制,主要指机组的维护,人员工资福利、偿还贷款本息等。风电企业进行成本控制,应建立健全成本控制制度,建立成本预测体系,对于风力发电项目来说,做好前期的成本预测和合理的目标成本的测算至关重要,可以帮助企业做出投资收益分析,并针对成本开支较大的项目进行特殊管理和风险控制,保证实际成本在目标成本之内。
风力发电机组受风速、季节、自然条件等因素的影响,因此应该在维护费用支出较高的时间段进行合理的成本控制,进行检修成本和技术费用分析,针对经常修缮的零部件做好定期检查和维修,技术人员及时掌握新技术,特别是能提高发电机组性能的技术,可以帮助企业缩减成本,提高利润。对于风力发电机组,在投入运营的前五年内,宜实行状态检修,即通过技术手段判断机组的运行状态,配置相应仪器仪表,以了解风电机组技术参数情况,在各零部件状态不是全优的状态下,应进行检修。在检修环节,为降低设备维护费用,应引入点检定修制,改革计划检修管理体制,计划检修体制是按设备检修周期定期对设备进行检修维护,没有考虑风力发电野外施工,与自然条件因素密切联系的特点,容易出现“欠维修”或“过维修”情况,造成维修费用的提高,而点检定修制则是以点检为核心,充分考虑项目的特点,按照预先制定的技术标准,定人、定期、定点对设备进行检查的一种管理方法,它提倡全过程对设备进行动态管理,从而减少设备的故障发生率,大大降低设备维护费。同时,对于购入的设备要设置检修档案,将设备的型号、发生故障的时间和故障的具体情况做好档案记录。
除降低机组维护成本外,还要降低管理成本,将风电企业内部的为管理经营活动而发生的各项费用,包括职工工资、办公费、停工损失、待业保险费等控制在目标成本以内,具体应做好差旅费用和办公费用的控制,而相应的财务费用的降低则主要针对利息费用,风力发电项目需要巨额的资金投入,运营期间难免会产生较大数额的利息支出,因此除了前期投入融资方式的多元化以外,还要根据国家贷款利率的变动,控制贷款余额。
四)加强企业内部行政管理,保证成本控制措施的有效实施
风力发电企业在实施成本控制,建立了相应的目标成本体制,在后期管理环节中,应根据费用开支的性质和特点,对备品配件、大宗消耗材料以及办公、劳保用品等物资采购要完善物资采购管理制度,根据权利与责任结合的原则,对风力发电企业进行成本控制。风力发电企业可建立分级控制的责任制度,将成本计划所规定的各项经济指标,按其性质和内容进行层层分解,逐级落实到各个部门和各个相关责任人,并仔细考核和分析实际运行过程中产生的成本与目标成本的差异,找出原因,并做出分析报告,对于实际成本小于目标成本的情况,找出要学习和借鉴的地方加以推广,对于实际成本大于目标成本的情况,应将偏离情况及时形成信息,返回到决策部门、职能部门和责任部门或,以便及时采取措施,克服缺点、防止浪费现象的继续发生。
三、结论
风力发电作为一种清洁的绿色能源,受到越来越多的重视,风力发电产业的发展势头也非常迅猛,本文简要分析了目前风力发电企业运营管理中的部分隐性问题,并针对其企业特点提出了积极推进政府扶持政策,改善企业人员业务水平,建立健全成本控制制度,缩减风力发电机组及配套设备的维护费用和管理费用的支出等措施,最后通过加强企业内部行政管理,保证风力发电企业成本控制措施的有效实施。
参考文献
[1]、李学礼,电力企业成本控制问题研究,现代商业,2009年第21期
[2]、潘红霞,风力发电厂成本控制的探讨,科技经济市场,2008年第8期
风力发电机组的智能控制设计 篇11
传统的变速控制模式需要首先建立一个有效的系统模型, 而由于空气动力学的不确定性和电力电子模型的复杂性, 系统模型的确定不是件容易的事情。从已列出的那些可能影响风力发电机组性能的误差源和不确定性因素中, 研究人员发现, 由于雷诺数的变化会引起在功率上5%的误差, 而由于叶片上的沉积物和下雨可造成20%的功率变化, 其他诸如老化和大气条件等因素, 也将在机组的能量转换过程中引起不同程度的变化。因此所有基于某些有效系统模型的控制也仅适合于某个特定的系统和一定的工作周期。由于这些原因, 基于模糊逻辑的智能控制技术于最近几年被引入了风力发电机组控制领域并受到研究人员的重视。
1 模糊逻辑控制
模糊逻辑控制是一种新颖的控制策略, 与经典的控制策略相比, 模糊控制的优势在于模糊逻辑控制器无需数学模型即可由控制器执行其功能。不论是在非线性还是多变量系统中, 特别是当系统数学模型未知或不确定时, 都能产生令人满意的效果。模糊逻辑控制器框图如图1所示。
模糊逻辑控制策略分5个步骤来实现:
1) 输人控制变量 (文字控制变量) ;
2) 通过适当的模糊从属函数将文字控制变量模糊化;
3) 通过基于规则的判定矩阵决定控制策略 (试探规则) ;
4) 通过设置模糊的集合形式将输出的控制变量非模糊化;
5) 反馈输出信号, 通过适当的调节器来控制风力发电机组运行。
模糊逻辑控制器的参数
简化的模糊逻辑控制器包括4个主要部分:
1) 输入接口;
2) 判定规则矩阵;
3) 推理引擎;
4) 输出接口。
⑴控制变量。模糊逻辑控制器用非线性图形来描述从输入变量到输出变量的过程。控制器根据测量值来确定风力发电机组运行条件, 并根据判定规则矩阵选择适当的动作。根据系统状态, 控制器在‘‘不动作”和“全动作”的范围内, 以极度非线性的方式抑制波动。控制器并不含动态部件, 因此, 它在理论上可以即时根据判定规则矩阵进行校正控制。
⑵从属函数。如果x为一个目标集合, 则模糊集合A在x中是一组顺序数对A={ (x, μA (x) ) , x在X中且μA (x) 为从x到[0, 1]区间的映射}, 式中, μA (x) 被称作是A中x的模糊从属函数。定义模糊从属函数时, 代表模糊逻辑控制器文字变量的输入控制变量, 必须分成几个部分。为给每一文字变量挑选属性号, 必须考虑到模糊逻辑控制器将根据4个输入变量和它们的时间导数来决定系统特性趋势。当4个输入变量维持在平衡点或在预先确定的范围之内时, 可以通过适当的从属函数来设计模糊逻辑控制器。为了满足良好的设计要求, 我们为输入文字变量、它们的导数和模糊修正定义了5个模糊集合。
⑶判定规则矩阵。一般说来, 可以为每一个输入变量定义共5×5=25个规则。但是, 模糊逻辑控制器的应用经验说明, 往往只需利用其中的几个规则, 系统性能就可以得到很好的控制。判定规则以IF (A) AND (B) THEN (c) 的形式进行公式化, 其中, A、B是两个前提, 而c是结果。
⑷输出控制变量。模糊输出控制变量的确定实际上是一个非模糊化过程, 将模糊修正集合转化为输入控制变量预定义运行范围内的真实值。
2 模糊转速控制器的设计
2.1 模糊逻辑控制器设计
为了取得在额定风速以下运行时的最大功率。在风力发电机组的变速恒频运行中, 采用了3个模糊控制器:模糊控制器A用于跟踪不同风速下发电机的最佳转速从而优化风力机的气动性能;模糊控制器B在低负载时调节发电机转子气隙磁通, 从而优化发电机的效率;模糊控制器C抵抗干扰, 保证转速控制系统的鲁棒性。
2.2 仿真与模拟研究
根据上述控制方案, 用MATLAB/SIMULINK软件进行仿真研究。MAT[AB/SIMULINK的Power system元件库内有很多包括发电机存内的电气器件模型, 但没有风力机模型。根据风力机特性和参数, 可以建立风力机的模型。
由于模糊隶属函数与模糊控制规则的建立包含很多经验因素, 初步的选择可能并不能达到比较好的效果, 因此在仿真过程中可以根据仿真结果对它们进行修改, 以达到理想的结果。
采用模糊控制技术的优点是明显的, 在它进行实时搜索的过程中不需要风速信号, 而且也不在乎系统参数的变化, 对于噪声和扰动于扰的也不敏感。对于风力发电机组这样的非线性时变系统是一种理想的控制方案。
2.3 模拟研究
为了评估模糊逻辑控制器的性能, 将上述控制器用于实际运行的风力发电机组。
分析模拟结果可以看出, 模糊逻辑控制器表现了良好的动态特性。控制策略的主要目标是设计一种对运行条件变化不太敏感的控制方案, 而使用模糊控制, 无论是在低速、常速还是高速条件下, 都可以观测到同样的动态特性。特别是在较高风况下, 模糊逻辑控制器可以有效抑制系统的扰动, 兼顾最大功率系数和良好的发电质量。
3 采用智能控制的风力发电机组模型
系统由一水平轴、可变桨距风轮, 通过增速器与同步发电机连接构成。发电机与电网连接采用交-直-交变流器。在这个设计中采用了两个控制环:
(1) 内部励磁环, 低于额定风速时它通过发电机励磁电流控制电压和转矩。
(2) 外部风轮环, 在风速高于额定风速时控制最大功率。
风力发电机组从控制系统角度来看可分为3个子系统:风轮气动特性、传动系统动态特性和发电机整流器模型。
3.1 风轮气动特性
在系统中, 我们假定可变距的桨叶是刚性的。这样气动特性可以用一个以平均风速为输入量的简化模型来表达。
风轮吸收的功率为
当风速超过额定风速时, 应调节桨距角p来限制输入功率。桨叶角度由一个机电调节器控制, 该调节器的一阶模型由下式表示:式中τβ——调节器的时间常数;βτ——节距角参考输人。
系统的输入量为风速ν、桨叶节距角β和风轮转速ω, 输出量娃风轮转矩Tr。
3.2 传动系统动态特性
根据风轮气动特性产生的转矩Tr, 作用于带有惯性矩Jr的风轮上。风轮通过增速比为n的增速器连接到带有惯性矩Jg的发电机上, 发电机将产生——反转矩Te。
3.3 发电机——整流器模型
系统中发电机采用三相同步发电机, 有一励磁绕组和二个阻尼绕组。整流器是一三相晶闸管整流桥, 它将同步发电机产生的恒压变频的交流电转换为直流电。传输线路上有电阻尺和电感, 在直流传输线路上有电阻和电感。假设逆变器是理想的, 这样整流器的输出直流电功率全部被转化为高质量的三相交流电功率。由于这一假设不需要逆变器模拟。
摘要：本文将针对目前风力发电机组中广泛采用的两种发电机, 即绕线转子双馈异步发电机和交流永磁同步发电机, 介绍基于模糊逻辑智能控制方案。
关键词：风力发电控制系统,智能控制
参考文献
[1]余波, 张礼达, 王辉.水轮机故障诊断专家系统的一种模糊诊断方法[J].水力发电, 2002, (4) :38~39.
[2]周志英.模糊技术在柴油发动机故障诊断中的应[J].煤矿机械, 2005, (12) :162~164.
[3]曹谢东.模糊信息处理及应用[M].北京:科学出版社, 2003.
[4]李士勇.工程模糊数学及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业出版社, 2004.
[5]吴泉源, 刘江宁.人工智能与专家系统[M].长沙:国防科技大学出版社, 1995.