引言
风能是地球上重要的自然现象,风能主要是由于空气的不同温度,形成的空气流动,在空气流动过程中产生了风,归根结底还是太阳能的另一种表现形式,风能是地球上最主要的清洁能源,并且是可再生的能源。和太阳能一样,是地球清洁能源的重要来源,古往今来,人们对风能的利用也逐渐的发展,从最初的风能推动船的航行,到风能发电的过程经历了几千年的发展。在现代的风能的利用中,风力发电是对风能的利用的最好的模式。风能转化成电力,在当今的世界发展现状中正在推动着以电力为发展能源。
1风力发电中的液压系统
传统的风力发电系统中,风轮在风力的作用之下进行旋转,齿轮箱将风轮在风力作用下产生的动力传递给发电机并得到相应的转速,发电机将旋转的机械能转化为电能,而由于以上所有的设备的安装位置都在塔架之上,因此导致了塔架所承受的重量较大。为了得到稳定的电流和电压,需要发电机的转速始终保持在一个恒定的值,传统风力发电会采用两种方式达到这一目的,第一是通过调整风轮叶片角度来实现在不同风速环境下风电机组的转速恒定,第二是对发电机的转速进行调整,通过相关的变频方式实现电力的稳定输出,此两种方式在经过实际的应用之后发现存在相应的问题,导致效果不佳,此时研究人员发明出一种通过液压系统操作的技术方案,该方案完美解决了前两者所存在的问题。
2风力发电系统研究与应用前景综述
2.1液压传送的应用
在风力发电整体系统当中,液压设计原理由于其优良的性能被广泛应用,这其中有前文提到的偏航控制系统和刹车制动功能,除此以外在风机齿轮箱传动系统也应用到了液压原理。由于液压系统自身的稳定性、及时性能够有效提升风力发电整体系统的可靠性和智能化,因此国外知名的风力发电研究公司维斯塔斯公司针对变桨设计当中引用了液压控制原理,此种设计能够达到使得高速轴的制动性更加平稳及可靠,使得液压系统的优良特性达到最大程度的利用,有效提升风力发电系统的智能性。在此基础上,风力发电系统中应当添加相关更为先进的传感设备,达到更好的采集和分析相关风能数据,使得风力发电系统整体运作更为合理科学,提升系统本身对风能的转化率,进而提升其经济价值和战略目的。
2.2自适应控制技术在风力发电控制系统中的应用
自适应控制技术是一种科技含量高的控制技术,之所以把该技术应用到风力发电控制系统中来,其主要原因是风力发电控制系统中的相关运行参数和没有建立明确模型的相关环节等,它们的动态阶段变化非常快,这样一来就缺乏实际价值,而自适应控制技术就是为了改变这一局面,让这些变化和反应不会过于灵敏。在实际应用过程中,只要风力发电控制系统开始运行且有明显的变化时,自适应控制系统就能够及时捕获到这一变化情况,接着就会自动采取正确有效的措施,如调节控制器的参数,控制相关系统运行速度等,其目的就是让风力发电控制系统的作用达到最大,当达到最大作用效果的时候还要让这一效果持续不间断地保持下去,基于该技术的这些优点,因此自适应控制系统应用在了在风力发电控制的许许多多的地方,也收到了一定的实际成果。其实,风力发电控制技术也发生了一些显著的变化,如把定桨距改变成为了变桨距,传统的变速控制措施在做出切实可行的控制时,首先需要做的是建立一个相应的系统模型,问题是这种相应的模型并不是轻松简单地就可以建立起来的,因此传统的控制措施并不是很理想,作用不明显,还有待改进完善,针对这一困难局面现在就有人提出采用自适应控制器,这一方法的工作原理是:根据模型参考自适应控制把大型的方力发电机组非交流电动变桨距控制系统作为一个完整的研究对象,根据这一对象来设计一个相应系统,即高性能电动变桨距自适应控制系统,这样一来就可以让它具备良好的捕捉性能,也有了完美的服务性能。由此可见,通过自适应控制控制技术就可以最大程度地利用风能同时还可以安全运行。
2.3风力发电设备的设计与制造技术研究
风力发电设备的设计开发制造是风力发电提供优质供电的最关键的保障,风力发电机组的发电效率是与发电设备的相关技术分不开的。利用现代化的设计方案和仿真软件技术的应用为发电机组设备的更加精细化的设计提供了技术支持。从发电设备的设计和发电效果的最优结合的现代发电机组的设计方案,仿真软件测试系统为设计和制造优质的风力发电设备提供了技术的和数据的支持。风力发电的最核心的发电装置是风力的叶轮的设计与技术研发,叶轮的设计形状以及能把风力更高效能的转化为电能的优化设计是整个风力发电设备技术研发的核心。从力学的角度,以及空气动力学等角度进行数据测算,优中选优,设计方案的最终方案要经过很多次的测试为依据。在翼型设计技术,数值模拟技术,风洞实验技术,数据库建立,翼型数据三维修正及在叶片设计中的应用都取得了较好的效果。
结语
从不同的视角对风力发电系统的研究现状进行了深入全面的分析。将风力发电系统和TRIZ理论相结合,对风力发电系统进行了重要的改进,使其能够满足现在人们对于风力发电的各种需求。数字孪生技术的兴起已经为各行各业的发展提供了重要的技术支撑,对于风力发电系统的应用,国内外的学者从不同的方向进行了大量的研究,并且取得了重要的成果。通过分析目前的研究,发现风力发电系统和TRIZ理论、数字孪生技术的结合仍存在一些问题:在TRIZ理论应用方面,对于TRIZ理论的应用需要充足的理论知识,由于很多设计者对于TRIZ理论的知识储备不足,导致了设计过程中对风力发电系统的TRIZ理论分析存在较大困难;在数字孪生技术应用方面,由于目前在风力发电系统中的数字孪生应用较少,主要停留在仿真及一些概念模型方面,对于实际的应用技术尚存在不足,因此,对于风力发电系统的设计仍然需要其他技术的引入来满足设计的需求。未来风力发电技术的研究重点在于引入多学科的技术人才和运用多种技术相结合的方式来进行风力发电系统的创新设计。具体来说,就是将各种技术相结合,比如数字孪生技术和TRIZ理论相结合的多领域多学科的交叉融合来面对风力发电系统的复杂性和智能化的问题。最后从这些知识的交叉应用中设计出最优的方案,达到对于风力发电系统的创新设计。
参考文献
[1]任丽娜,焦晓红,邵立平.风力发电机速度跟踪自适应控制研究[J].太阳能学报,2013,30(10):1234-1239.
[2]郑雪梅,李琳,徐殿国.双馈风力发电系统低压过渡的高阶滑膜控制仿真研究[J].中国电机工程学报,2013,32(27):178-183.