鄧華森

摘要：風力發(fā)電作為可再生清潔能源，能夠實現(xiàn)將風能進行轉化為電能加以利用，在能源替代與節(jié)能減排的低碳電力發(fā)展中扮演重要角色。風速具有概率隨機性和參數(shù)模糊性的多重不確定性特征，需要對風力發(fā)電機組進行偏航控制，本文詳細對風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)技術進行了分析，并介紹了風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)技術的相關應用情況。

關鍵詞：風力發(fā)電;機組;偏航;控制技術

0 引言

風能作為一種清潔的可再生能源而越來越受到人們的關注，作為風能利用的主要 形式，風力發(fā)電備受矚目。風力發(fā)電過程中，風向可能會隨時變化，這就需要對風電機組進行偏航控制。偏航控制是在可用風速范圍內對風電機組自動準確控制，從而提高風能的利用率。目前偏航角度的測量通常采用電位計的方式進行，由于電位計的本身特性缺陷，以及電位計輸出的信號極易受到外界的干擾，而且，電位計的長期使用也可能會使得偏航角度對應的信號出現(xiàn)異常，需要對偏航角度的測量方法加以改進，提高風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)的控制性能。本文首先分析了風力風電機組的基本結構和基本原理，之后闡述了風力發(fā)電機組具體的偏航控制技術。

1 風力發(fā)電機組

1.1 海上風電概述

當下我國正在進行能源轉型，走綠色發(fā)展道路已經(jīng)成為共識，海上風電則是推動這一戰(zhàn)略早日落地的重要力量。對中國來說尤其如此，我國沿海11個省份的GDP約占全國的一半，總能耗也占全國的一半左右。對于這些地區(qū)而言，海上風能資源豐富，新能源電力消納能力強，大力發(fā)展海上風電將是加快能源轉型進程的重要手段。目前我國海上風電開發(fā)已經(jīng)進入了規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展階段。我國海上風能資源豐富，根據(jù)全國普查成果，我國5～25米水深、50米高度海上風電開發(fā)潛力約2億千瓦;5～50米水深、70米高度海上風電開發(fā)潛力約5億千瓦。根據(jù)各省海上風電規(guī)劃，全國海上風電規(guī)劃總量超過8000萬千瓦，重點布局分布在江蘇、浙江、福建、廣東等省市，行業(yè)開發(fā)前景廣闊。近年來海上風電得到了大力發(fā)展，國家出臺了多項政策鼓勵發(fā)展海上風電，并走出國門開始與國外共同開發(fā)海上風電資源。多項海上風電政策的發(fā)布將進一步促進海上風電的建設與發(fā)展。

2013-2017年，我國海上風電機新增容量和累計容量呈逐漸擴大的趨勢。2017年，新增裝機319臺，新增裝機容量達到116萬千瓦，同比增長96.5%，累計裝機達到279萬千瓦[2]。未來一段時間，海上風電還有望進一步提速。這種情況下，要保障我國海上風電又快又好地發(fā)展，仍有一些隱憂必須盡快排除。首先是政策環(huán)境需要優(yōu)化，其次是必須強化創(chuàng)新力度，最后是加強對海上風電機組的性能，推動海上風電的進一步高質量發(fā)展。

1.2 風力發(fā)電機組的結構

近年來，傳統(tǒng)能源不僅傳出能源緊缺問題，更由于其污染氣體的排放引發(fā)環(huán)境問題而讓人深惡痛絕。全球能源結構的轉型勢在必行，清潔能源正在逐漸取代傳統(tǒng)能源的使用。風力發(fā)電作為重要的能源形式，由于其具有節(jié)能減排，取之不盡的特性深受喜愛，未來風力發(fā)電發(fā)電在我國的應用范圍將會進一步擴大。對于風力發(fā)電機組，包括主軸、多級傳動齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機，主軸、多級傳動齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機依次順接，主軸、多級傳動齒輪箱、發(fā)電機上均設有加速度傳感器，加速度傳感器設有信號線連接頭，信號線連接頭與振動監(jiān)測儀連接，這也是一種可以實時監(jiān)控風電廠風力發(fā)電機組運行狀況的設備。

2 風力發(fā)電機組的偏航控制技術

2.1 風力發(fā)電機組的控制方法

風電以其清潔環(huán)保的優(yōu)勢逐漸發(fā)展成目前被廣泛認可的可再生能源，然而一些因素也制約了風電能源的使用和推廣，其中風力發(fā)電機組的控制技術水平是需要解決的問題之一。對于風力發(fā)電機組的控制方法，其包括以下步驟：步驟一是通過本地或遠程通信系統(tǒng)，獲取預估的風況特征值和風機運行狀態(tài)初始值;步驟二是根據(jù)預估的風況特征值、風機運行狀態(tài)初始值和風力發(fā)電機組控制參數(shù)，計算各時間點的風電機組的運行狀態(tài)值;步驟三是將步驟二的風電機組的運行狀態(tài)值與風電機組的設計安全閥值進行比較;步驟四是采取降低吸收功率系數(shù)和提高功率輸出的方法，得到修正的風力發(fā)電機組控制參數(shù);步驟五是將滿足設計安全閥值的風力發(fā)電機組控制參數(shù)，作為最終風機控制系統(tǒng)的執(zhí)行參數(shù)。采用這種方法提高了風電機組響應速度，避免停機帶來的能量損耗和機械載荷。

2.2 風力發(fā)電機組的偏航控制系統(tǒng)

風電目前的技術較為成熟，應用也較為廣泛，在風力發(fā)電機組的偏航控制系統(tǒng)中，需要測量風力發(fā)電機組的偏航角度。對于風力發(fā)電機組偏航角度的測量方法和裝置，該方法需要獲取風力發(fā)電機組偏航過程中偏航軸承齒輪帶動小齒輪旋轉時同步輸出的至少兩路脈沖信號。根據(jù)該至少兩路脈沖信號的周期特性，確定風力發(fā)電機組的偏航方向。根據(jù)風力發(fā)電機組的偏航方向和該至少兩路脈沖信號的脈沖數(shù)統(tǒng)計，確定風力發(fā)電機組的偏航角度。采用這種方法，從而可以提高風力發(fā)電機組偏航角度的測量精度。

同時對于風力發(fā)電機被動式偏航制動系統(tǒng)，包括偏航制動器、偏航齒圈和機艙主結構，其特征在于偏航制動器通過高強度螺栓連接在機艙主結構上，且高強度連接螺栓孔分布為直線型;機艙主結構與偏航齒圈之間裝有上摩擦片，上摩擦片支承整個機艙和風輪質量，并提供一部分摩擦制動力矩。偏航制動器的卡鉗體與偏航齒圈之間分別裝有徑向摩擦片和下摩擦片組件，徑向摩擦片與偏航齒圈耦合并起到徑向彈性支承作用。下摩擦片組件由下摩擦片、碟形彈簧組件和預緊機構組成，下摩擦片下面通過碟形彈簧組件連接預緊機構，由預緊機構的螺母來調節(jié)碟簧組件使下下摩擦片產生對偏航齒圈下表面的壓緊力，與偏航齒圈下表面一起產生摩擦制動力矩。

3 風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)技術的應用

能源是人類社會賴以生存發(fā)展的資源之一。由于全球能源形勢日益嚴峻，各國都意識到能源在未來的發(fā)展競爭中將發(fā)揮日益重要的作用，紛紛加入到開發(fā)利用新能源的行列中。風光等新能源的出現(xiàn)可以有效降低對傳統(tǒng)化石能源的過分依賴，緩解當前的能源緊張形勢，而且新能源具有對環(huán)境污染小和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢，在未來社會的能源結構中將占有重要地位。

風電作為一種可以持續(xù)利用的能源，具有清潔性的優(yōu)點。風電資源在我國分布十分富裕，隨著對風電資源的不斷利用和發(fā)展，我國并網(wǎng)風電發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量也不斷增加。針對我國目前的情況來說，對于并網(wǎng)風電發(fā)電系統(tǒng)的研究還不完善，需要加強對風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)技術的研究，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電性能，擴大風力發(fā)電在實際電力系統(tǒng)中的應用。在今后的風力發(fā)電機組中，應提高風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)的技術水平，采用先進的控制算法，使得風力發(fā)電機組并網(wǎng)后系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運行。

4 結論

近年來風電的裝機容量在不斷擴大，風力發(fā)電在系統(tǒng)中的占比不斷提高，可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為我國重要的能源形式之一。本文系統(tǒng)分析了風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)的原理和具體的控制技術，在實際的風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)中可以加以應用。

參考文獻

[1] 邢作霞， 項尚， 徐健， et al. 風電機組偏航系統(tǒng)實驗平臺[J]. 實驗技術與管理， 2019， 036（006）：85-87.

[2] 陳思， 郭鵬. 基于綜合經(jīng)濟效益目標的風電機組偏航控制策略研究[J]. 動力工程學報， 2019， 39（4）：286-292.

[3] 李杰義， 馬麗， 顧煜炯， et al. 基于決策樹的風電機組偏航啟停優(yōu)化研究[J]. 可再生能源， 2019（6）：65-66.