引言
煤炭、石油和天然气等化石燃料的蕴藏量是有限的，人类赖以生存、发展的能源有要枯竭，并且不断增长的能源消耗所造成的环境污染和安全问题已经成为社会的主要突出矛盾。无论从人类将来的能源危机，或是眼前的环境污染问题来看，研究开发风力发电技术都具有十分重要的意义，而且，地球上蕴藏的风力资源也十分丰富，具有广阔的开发前景。
开发利用风力资源，要用到许多高新技术。其中关键的是电力电子技术以及控制技术。将新的电力电子技术、控制技术应用于风力发电系统中，提高风力发电的效率和电力变换质量、降低风电的成本，使得清洁可再生能源逐步替代传统的化石燃料，以改善人类生存的环境，提高人们的生活水平，具有重大的经济效益和社会价值。
1 风力发电的发展现状
现代风力发电崛起于上世纪八九十年代以来取得了飞速的进展。从控制系统的实现来说，由19 世纪末台现代风力发电机组在丹麦诞生，到20 世纪80 年代初，风力发电机组电气控制系统得以实现，但仍局限于采用模拟电子器件。到了80 年代中后期，随着计算机技术的发展及其在控制领域的应用，出现了基于微处理器的风力发电机组电气控制系统。步入90 年代，随着微处理器在电力电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的广泛应用，风力发电机组的电气控制系统往往采用基于单板机、单片机或可编程控制器的微机控制。
目前国外对大型风力发电机组控制系统的研究非常活跃，以提高机组的运行性能、降低发电成本。我国的风电产业与世界水平有所差距。为跟上国际发展步伐，在未来世界风电市场激烈竞争中占有一席之地，我国政府为风电产业从业者提供了更为广阔的空间，风力发电在我国将大有所为。
2 风力发电系统
风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成，如图1 所示。
风轮通过叶片捕获风能，是吸收风能并将其转换成机械能的部件。发电机实现机械能－电能转换。由于异步发电机结构简单、运行可靠，目前风力发电几乎均采用异步发电机。
发电机所发出的电能有两种处理方式：可以直接给负载供电或并入电网；也可以通过储能设备进行蓄能，再由电能变换单元将储能设备输出的直流电转换成交流电再供给负载或并网。储能设备作为中间环节不仅可以将能量储存起来，还兼有稳定电压的优点，这样对负载供电更平稳，对电网的冲击亦可减小。风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网、脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，而且还要根据风速、风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
3 风力发电控制系统
在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下，获得较稳定的电压输出，以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点，又要考虑到用户的需要，达到实用、可靠、经济的运行效果，关键环节就是要有一个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。
3.1 控制系统发展历程
风力发电控制系统的基本目标分为3 个层次：保证可靠运行；获取大能量；提供良好的电力质量。因此，为了达到这一控制目标，风力发电系统的控制技术从定桨距发展到变桨距又发展到近年来采用的变速控制技术。
20 世纪80 年代中期开始进入风力发电市场的定浆距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机组需要解决的基本问题。
20 世纪90 年代后，风力发电机组的可靠性已不是问题，变距风力发电机组开始进入风力发电市场。此种机组起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著改善。
由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到了20 世纪90 年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电市场。变速与定速风力发电机组控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，能跟踪佳功率曲线，使风力发电机组具有高的风能转换效率；高于额定风速时，增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定，特别是解决了高次谐波与功率因素等问题后，达到了高效率、高质量地向电网提供电力的目的。
风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到基于变距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的终目标。
