摘要：作为一种可再生能源，风能在我国能源行业的地位越发重要，其功率特性也成为了相关行业研究的重点。本文在简析风力发电机组与风电场特点的基础上，通过分析改善空气密度、风速等方式提升风力发电机组功效，优化风力发电机组运行，最终实现实际发电总量的增加，确保风力发电机组的全部功效得以发挥。
关键词：风力发电机组；增功提效；清洁能源
前言
现阶段我国风力发电现状良好，但仍面临较多挑战，如风力不稳定、发电能力低等。针对此，必须在充分研究风力发电机组发电能力的基础上，从硬件、软件等方面优化发电能力，增功提效，以提升风力发电机发电能力。
1风力发电机组的概述
风力发电机组使用的是并网运行，具体控制方法包括变速恒频控制方法与恒速恒频控制方法
两种，不同方法下电能频率保持一致。随着我国相关技术水平的进一步提升，我国风电技术也得到了进一步完善，现阶段风电场常用技术为变桨距技术，在风速变化的情况下其能够进行风轮转速的改变，有效转化电力能源。 2风电场的特点
目前多数风力发电场具有风能转换效率高、发电系统结构灵活、风电场机组类型多样化的特点。首先是风能转换效率高，借助机舱空间，风轮进行气流交换，在风速变化时，其能量转化借助叶片和地面接触面角度的改变实现，该过程需保证气流的最佳状态，以确保较好的能源利用率、经济性与安全稳定性。其次是发电系统结构灵活，后期维护管理方便，设计简单，风电场分散集中式布置，借助风力机的运行进行能量转换，其简单的结构与较小的容量使其具有较强适应负荷与地形变化能力。最后，风电场机组类型多样化，风电场在实际进行发电过程中使用了包括异步发电机、同步发电机在内的多种类型发电机，在相关技术不断发展的现在，直驱式永磁风力发电机组、双馈式风力发电机等也得到了广泛运用。
3风力发电机发电能力评估
在对风力发电机组进行增功提效研究之前，首先需对风力发电机组的发电能力进行评估。风力发电机组的发电能力通常使用等效风能利用小时数进行衡量，即年发电量和容量比值。具体分析时可研究单台风机等效风能利用小时数，对单台机组发电量进行统计，综合考虑单台机组检修、故障、限电等损失，进行等效利用小时数折算，对照分析等效利用小时数和实际风速。
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风力发电机组的发电能力直接体现为风机功率曲线，实际研究中也将功率曲线作为探究风机发电能力与健康水平的依据，风力发电机组的发电能力通常会受到湍流强度、空气密度、机组尾流等因素影响，在实际运行过程中，设计功率曲线与实际运行功率曲线常存在差异，综合分析其中存在差异的，即可得到风机发电能力优劣。在对风力发电机组增功提效技术进行分析时，也可依据影响风机功率曲线的因素进行分析。
4风力发电机组增功提效措施
4.1自适应功率控制技术
对于风力发电机组来说，影响其功效最大的就是风速，对于风速较低的风电场来说，进行
风电机组变速运行，跟踪控制最佳风能利用系数曲线至关重要。借助于变桨变速风机，在风速为额定风速以上时，利用调节桨矩角维持恒定转速；在风速为额定风速以下时，利用调节转矩对最优叶尖速比进行追踪，最大程度捕获风能。
动态最优转矩控制技术的关键是最优转矩控制与动态转矩控制，动态转矩控制技术是在利用多功能气象仪测量对空气密度值进行实时测量的基础上，对Kopt进行动态跟踪，并进行转矩给定(T=Kopt*Wgen(opt)2，Kopt∝ρ)的实时调整，最终实现机组风能利用效率的提升。最优转矩控制技术相比较来说进行了解耦控制环的引入，可在变桨环与转矩环之间平滑过渡转矩控制，防止风电机组面临瞬态风速变化出现过功率、过转速情况。
最优桨距角控制技术即在风速为额定风速以下时，0°的桨距角给定值仅于部分区间可跟踪最佳Cp，风速为3～5m/s时2MW机型机组通常设置为1゜，满发点前通常设置为－1゜。
实验机型最优桨距角 |
风速（m/s） | 最优桨距角（°） |
[3,5] | +1 |
[5,8] | 飞轮齿圈0 |
[8，Vrated Wind Speed] | -1 |
＞Vrated Wind Speed | 变桨控制铝塑型材 |
| |
环境（包括空气密度、风速等）与机型和最优桨距角βopt关系密切，高原机组易出现失速情况，发生机组运行功率曲线“右移”现象，该状况下风速为［8，VRatedWindSpeed］时最优桨距角可设置为+1゜。
根据实际运用状况可知，恰当运用最优桨距角控制技术与动态最优转矩控制技术可提升风电机组发电量在2%～3%左右。
4.2捕风能力优化技术
捕风能力优化技术即在自适应控制技术的基础上，安装测风装置，实现偏航上风向的自动且持续校准，自动更新每台风机的传递函数，依据发电量，借助风向的自然变化对最佳偏航位置进行感知，进行偏航对风偏差设定值的适当调整，进而提升对风准确度。按照IEC标准，风机的切出风速通常设置在20～25m/s之间，依据风力发电机结构特征和运行工况，可适当提升风机切出风速，得到更多风能，进而提升机组发电量。利用该技术应注意严格计算风电机组极限与疲劳载荷，依据叶片变桨角度变化对机组载荷能力进行控制，确保安全运行。
4.3自耗节电技术
通常情况下风电机组风机主控自耗电功率在55KW左右，现阶段夏季2MW风机单台月自耗电在10000KWh左右，其风机自耗电可利用控制策略迭代优化与部件协同控制降低。风电机组的机舱冷却系统为一个整体热交换系统，机舱控制柜、发电机冷却风扇、机舱冷却风扇协同控制可提升冷却效率，冬季结冰停机时可空转风轮，维持齿轮箱油温，以降低自耗电。
4.4依赖储能的协同控制技术
依赖储能的虚拟同步型风力发电系统利用配合储能设备协同控制，储能设备与风机并联输出后，接口特性能够模拟同步发电机外特性。储能装置于风机输出端和三相逆变器并联后馈入电网，储能逆变器只需把储能设备和风机在并网接口处输出的无功功率、总有功功率之和作为虚拟同步发电机控制所需反馈功率数值。该技术改造成本低，但设备成本高，未对风轮机转子动能进行有效利用，因此具体运用较少。
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4.5硬件优化技术
作为风力发电机组的关键组成部分，每个叶片都具有独立变桨系统，在具体运行时，借助
风机变桨驱动装置，进行叶片角度的调整，达到功率控制、安全保护与叶片变桨的目的。在空气动力学原理的基础上，优化风机叶片气动，切实降低风力发电机组载荷，可提升风机发电能力。风机运行时风吹过叶片表面得到叶片正反面压差，出现的升力使风轮旋转，与飞机机翼类似，因此可利用飞机机翼空气学原理改造风机叶片，安装低展弦比小翼段，在分离区域外形与叶片设计的基础上，借助延迟气流从叶片分离，提高叶片升力，使发电量增加。
另外，可依据风力发电机承载能力与结构，安装叶根或叶尖延长段，利用叶片长度的延长提升风机发电能力，但由于叶片的延长需严格的安全验证与载荷计算，且后期改造费用高，因此该方式运用较少。
结论：
。随着各行业对发电量需求的增加，风力发电系统单机容量进一步扩大，对风力发电机组增功提效的要求也越来越高，提升风力发电机组发电能力，必须深入分析其功率曲线，从硬件、软件两方面优化风力发电机组性能，以提升机组的发电能力。
参考文献：
[1]陈俊.风力发电机组安全及功能试验的研究与应用[J].电工电气,2023(01):73-76.
[2]聂超,李晓艳,何国华,周庆,刘杰,石玉婷.风力发电机组调试效率提升技术研究及应用[J].船舶工程,2022,44(S2):63-66.
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