史振鵬

摘要：經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境發(fā)展之間的矛盾日益突出，各行各業(yè)開始重視將更多的環(huán)保理念融入到生產(chǎn)和發(fā)展中，風力發(fā)電作為清潔能源生產(chǎn)之一，受到了各地區(qū)的歡迎。這種獲取電能的方式不僅清潔無污染，而且在機組運行中節(jié)省了人力和物力。其中最重要的工作之一是機組的運行和維護，它直接影響到電能采集的質(zhì)量和數(shù)量。因此，這項工作必須引起專業(yè)人士的重視。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電機組;控制操作和維護技術(shù);研究分析

1風力發(fā)電機組控制技術(shù)

1.1機械控制技術(shù)

（1）采用變槳距風輪

風電機組最初采用定槳距風電機組，采用常規(guī)PID控制器控制和調(diào)整風電機組的轉(zhuǎn)速和葉片的槳距角，從而控制風電機組的偏航。其風力發(fā)電的利用效率相對較低，因此在技術(shù)創(chuàng)新過程中，逐漸產(chǎn)生了變槳距風力發(fā)電機組，特別是大型風力發(fā)電機組，葉片采用變槳距連接，使得轉(zhuǎn)子葉片更薄，結(jié)構(gòu)更簡單，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，根據(jù)風速的變化自動調(diào)整葉片的連接角度，從而大大提高了風力發(fā)電機組的利用效率。在機組控制中，變槳距結(jié)構(gòu)提高了發(fā)電系統(tǒng)的運行自動化程度，明顯提高了風電機組的功率輸出，是目前機組最主流的控制方式。

（2）風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸的設(shè)計

由于風力機體積很大，可達幾十米，重量達幾十噸，受制造工藝和材料的限制，風力機的轉(zhuǎn)速一般在27轉(zhuǎn)左右，機組容量越大，轉(zhuǎn)速越低。為了獲得更穩(wěn)定的發(fā)電機功率輸出，目前風電機組一般采用異步發(fā)電機，采用繞線式異步發(fā)電機，并在功率輸出電路中增加變頻技術(shù)，以實現(xiàn)最佳葉尖速比的監(jiān)測測量，并增加機組的風況運行范圍，保證發(fā)電機效率在風速變化過程中的穩(wěn)定性，以獲得最佳的輸出功率。同時，采用變速恒頻（VSCF）技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)電機組與電網(wǎng)系統(tǒng)良好的柔性連接，更容易實現(xiàn)并網(wǎng)運行。

（3）裝置的電子控制

目前，許多風力機采用直接驅(qū)動風力機，即風力機直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這對控制技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)提出了更高的要求。由于風電機組大多布置在海上、島嶼和偏遠地區(qū)，測試和維護相對困難，因此采用變頻電路技術(shù)和遠程監(jiān)控技術(shù)，并將變論域自適應(yīng)模糊控制方法應(yīng)用于風電機組轉(zhuǎn)速和變槳距控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子定位、故障檢測、自動維護自動化控制等，確保機組安全運行。

1.2電氣控制技術(shù)

風電機組的電氣控制可以有效降低安全事故發(fā)生的概率，提高機組的運行穩(wěn)定性。風電機組電氣控制系統(tǒng)主要由主控制器、電量采集、無功補償、偏航和自動電纜釋放系統(tǒng)組成，使風電機組在運行過程中根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動控制轉(zhuǎn)速和功率。電氣控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要采用單片機或PLC技術(shù)。兩者在性能上各有優(yōu)缺點，設(shè)計時一般根據(jù)不同的要求、環(huán)境和特點進行選擇。而軟件主要為模塊化結(jié)構(gòu)的控制程序，合理編寫主控制程序、事件處理子程序、定時中斷程序、緊急停機程序，從而實現(xiàn)機組的正常運行、監(jiān)控、故障處理等自動監(jiān)控。

2風電機組運行故障的主要形式

2.1齒輪箱有故障

通常采用齒輪箱控制主軸左轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)風能向電能的轉(zhuǎn)換，從而有效提高電能質(zhì)量。齒輪箱故障將直接影響設(shè)備的運行。一般來說，齒輪箱長期運行后，由于摩擦時間長，內(nèi)部溫度會急劇升高。在此過程中，如果散熱工作不及時進行，潤滑油的作用將嚴重降低，導致機組負荷變化和工作轉(zhuǎn)速變化。同時，部分設(shè)備內(nèi)部齒輪箱設(shè)計不合理，齒輪承載能力估算不足，導致設(shè)備啟動后出現(xiàn)故障。此外，在發(fā)電機組長期惡劣的環(huán)境條件下，變速箱內(nèi)部不可避免地會出現(xiàn)銹蝕、磨損等一系列問題，這將對風電的利用產(chǎn)生負面影響。

2.2風力發(fā)電的諧波污染

風力發(fā)電可能在以下兩個過程中產(chǎn)生諧波：第一個是風力渦輪機本身的機械設(shè)備，可能產(chǎn)生諧波。與電網(wǎng)設(shè)備并聯(lián)運行的風電機組在啟動過程中需要與風電機組的機械設(shè)備連接，因此會帶來一些諧波。這個過程很短，不經(jīng)常發(fā)生，可以直接忽略。但如果采用變速風力機，將會產(chǎn)生很大的影響。變速風電機組需要通過逆變器設(shè)備接入電網(wǎng)。如果風電機組機械設(shè)備的傳輸頻率與諧波頻率一致，將帶來非常嚴重的諧波。

3運行維護管理措施

3.1執(zhí)行有針對性的運行和維護計劃

目前，風電場的發(fā)電機組維護工作大多是按照廠家提供的維護計劃進行的，缺乏一定的針對性，不能根據(jù)各電廠的具體情況提供針對性的解決方案。因此，經(jīng)常出現(xiàn)維修不足的現(xiàn)象，造成資源浪費。由于每個電廠的地理位置不同，造成其周圍環(huán)境也會有一定的差距，溫度、濕度、風向變化等因素會有所不同，因此，不能完全按照相同的解決方案進行發(fā)電機組運行工作，應(yīng)根據(jù)各風電場的運行情況制定不同的運行計劃，要考慮使用不同的環(huán)境、不同的機組故障、不同的系統(tǒng)工作強度等具體情況。運維人員應(yīng)根據(jù)各風電場的實際情況和風電機組的實際運行情況，制定不同的維護范圍、維護標準和維護方法?？梢葬槍γ總€風力渦輪機專門開發(fā)不同的測試項目，以便“根據(jù)當?shù)貤l件”對風力渦輪機進行操作和維護。

3.2基于大數(shù)據(jù)分析的故障診斷

雖然風電機組系統(tǒng)極其復(fù)雜，但如果機組發(fā)生故障，會有一定的信號征兆。因此，我們可以利用大數(shù)據(jù)對故障的早期征兆進行分析和診斷，找到一定的分布規(guī)律，這更有利于風電機組運行維護工作的開展。機組的復(fù)雜故障可以逐步分解，分解后的數(shù)據(jù)可以進行統(tǒng)計分析，進一步分析故障機理，簡化復(fù)雜問題。基于大數(shù)據(jù)分析的故障診斷中，首先要做的是對故障進行科學分類，分為幾個子系統(tǒng)，如發(fā)電機、塔鼓、制動系統(tǒng)、可變螺旋槳系統(tǒng)，其次用適當?shù)姆治龇椒ǎü收戏治龇ê秃蠊治龇ǖ龋Ω髯酉到y(tǒng)的故障進行分析，最后形成故障子系統(tǒng)分析結(jié)果表，該表列出了各子系統(tǒng)對發(fā)電機組故障的影響，分析了現(xiàn)有故障模式的類型、原因及對故障的影響，并提出了有針對性的解決方案和方案?；诖髷?shù)據(jù)的機組故障分析與診斷可以減少人員和工人的運維管理，優(yōu)化運維措施，使發(fā)電機組的運維管理更加高效。

3.3物聯(lián)網(wǎng)在運維管理中的應(yīng)用

發(fā)電機組進入正常工作狀態(tài)后，可將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于運行維護管理。整個系統(tǒng)按功能可分為服務(wù)器端和客戶端。顧名思義，服務(wù)器負責管理單元設(shè)備和單元任務(wù)。正常情況下，機組設(shè)備的管理由管理人員操作，管理對象為風電機組及機組其他部件。具體工作內(nèi)容為風電機組等部件基本信息（名稱等）的錄入、刪除、檢查和替換。機組任務(wù)的管理由維修人員操作。具體工作內(nèi)容為任務(wù)信息的增加、刪除、更改，也可以指定具體的操作維護人員。客戶端的工作內(nèi)容是維護人員通過掃描任務(wù)條碼上的任務(wù)信息，完成特定的任務(wù)要求，并通過手持操作上傳任務(wù)完成的具體情況。由于發(fā)電機工作的復(fù)雜性和運行的特殊性，通常一項任務(wù)將需要維修人員對多個部件進行維修，維修人員應(yīng)在檢查完所有部件后，統(tǒng)一完成上傳，本次服務(wù)需要管理層對已完成的任務(wù)進行審核確認，未完成的任務(wù)需要運行維護人員在以后的時間進行檢查和維護。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于風力發(fā)電機組的運行維護管理，可以使整個運行維護管理工作更加高效、快捷，降低人力物力的消耗。

4結(jié)論

風力發(fā)電機組是實現(xiàn)風能轉(zhuǎn)化為電能的重要系統(tǒng)，利用多種現(xiàn)代技術(shù)實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的高效控制，有助于提高風能的捕獲和利用率，因此，為了進一步提高風電的利用率，需要積極運用現(xiàn)代科技，風力發(fā)電機組控制技術(shù)的進一步創(chuàng)新。

參考文獻

[1]劉洋廣. 基于大數(shù)據(jù)分析的風力發(fā)電機組故障預(yù)警技術(shù)研究與應(yīng)用[D].吉林大學，2018.