探析風電場發電功率預測及風機運行優化

尤禮

摘 要：風速的快慢和風向的變化都會影響風電場功率的大小，發電功率常受風速和風向影響呈現波動性。本文首先分析了風電場發電功率預測系統的組成部分和各部分的作用，然后提出了風電場發電功率預測的幾種方法。接下來總結了風機運行中的常見故障，進而針對這些故障提出風機運行優化的方法。

關鍵詞：風電場 發電功率預測 風機運行

中圖分類號：TM6文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2020）06-0-01

引言

通過應用風電場發電功率預測系統，可以依據預測數據的波形，讓調度人員制定應對計劃，采取相應措施，使電網系統的運行安全、可靠。此外，風電場發電功率的預測能夠為合理安排風電場的檢修提供支持，還可以提高市場競爭力，降低運行成本，從而帶動風電系統的發展。

一、風電場發電功率預測

風電場發電功率具有隨機變化的特點，甚至在無風天氣會表現出間歇性特征。當大量電廠并網時，不但影響風電網的安全性和穩定性，還對電網的發電效率產生影響。接下來本文將從以下兩個方面介紹風電場發電功率預測的相關內容：

1.預測系統的組成

風電場發電功率預測系統主要包括以下幾個部分：一、風電場發電功率預測主機。預測功率主機可以提供預先處理數據的服務，還可以提供豐富的數據庫。二、NWP服務器。它可以定量預測數值模擬的由濕度、溫度、壓力、與風決定的天氣狀態。三、反向隔離裝置。是應用物理方式隔離內網和外網，以避免泄露信息或入侵。物理隔離是用來解決一些網絡問題的，尤其是需要絕對安全的網絡。為了防止攻擊和保證這些網絡的完整性、保密性、安全性及可用性，則必須應用物理隔離技術。四、防火墻。防火墻可以雙向傳輸數據，支持TCP/IP協議。防火墻是利用軟件和硬件作用于外部和內部網絡環境構建保護屏障，從而實現對不安全因素的阻斷。物理隔離裝置和防火墻功能上有相同之處但是也有很大區別，如：防火墻是確保網絡安全的邊界工具（非軍事區），安全隔離是保護內部的安全。因此由于定位不同，不可取代。五、PC端工作站。PC工作站主要是通過運行用戶的圖形工作界面，用曲線、電子表格等方式顯示預測結果，同時操作管理工作系統，并提供相關配置[1]。

2.預測方法

風電場發電功率預測技術是指利用空氣動力學和熱力學的原理，采用數值計算的方法對風電場輸出功率進行預測。具體可以基于風速直接預測和基于功率進行間接預測，以上方法都是應用數學模型來進行功率預測，也可以應用輸入風速作為數據參考的物理方法，此種方法受外界因素影響較大，例如風電場周圍的地形、風機高度、機械結構等。物理方法適合于長期預測風機發電功率，另外也可以利用統計方法，統計方法是指直接用NWP數據來預測風電場輸出功率。具體可以采用概率預測、時間序列、灰色預測等方法。其中，時間序列法多用于對風電場發電功率的優化控制，因為他的數據單一，具有高平穩性和周期短的特點。在詳細描述輸入和輸出系統關系時，要建立功率預測的非線性學習模型即解析方程，其中最經典和常見的方法就是神經網絡法，因為這種方法具有優良的自學能力和強大的適應環境能力，在識別模式和管理信號方面應用廣泛。

二、風機的運行優化

1.風機運行中的常見故障

風機介質中常有形狀各異、大小不等的顆粒，如輸送氣力的鼓風機、除塵的引風機等。因為風機在氣流中工作，氣流中的顆粒物既要磨損風機，又有積灰附著在葉片上。因而破壞轉子的平衡，引起振動，縮短使用壽命，甚至可造成風機不能工作。尤其是葉片的磨損，它不但破壞流動特性，且容易造成飛車及葉片破裂等重大故障。各種輥類、軸類、減速機、泵類、電機等軸承座、軸承位、螺紋、鍵槽等部位磨損也是普遍發生的問題，傳統加工補焊機的方法容易引起材質損傷，導致斷裂或變形，具有局限性，噴涂和刷鍍加工方法需要外協，不僅費用高、周期長，而且因材料是金屬，不能完全解決磨損問題，許多部件只能更換，致使生產成本和庫存備件增加，使資源遭到浪費和閑置。

鏈接電動機和風機的聯軸器，轉矩和傳遞的不對中也是常見故障，60%的故障來源于不對中。不對中是指電動機、風機轉子的軸承中心與軸心線出現偏移或傾斜，不對中包括軸承和軸器的不對中。系統產生這一故障后，在旋轉時會產生對設備不利的效應，造成軸承磨損、聯軸器偏轉、軸變形等，不但使轉子的軸承和軸頸位置變化，也降低了軸系的頻率，導致軸承損壞和振動異常[2]。

2.優化方法

可以從以下幾個方面進行風機運行優化：一、優化設計。在進行風機設計時，應使其具有良好的動態特性，避免運行時發生自激振動或強迫振動，為使風機結構合理化，適應力集中，設計轉速應落入或接近臨近轉速區域，另外還應注意準確計算熱膨脹量，避免發生熱態對中不良的現象。二、優化零部件制造過程。在進行零部件制造加工時要確保精度，選擇良好的零件材質和強度，防止出現制造缺陷，轉子動平衡應符合技術相關要求。三、優化安裝過程。應合理安裝機械零部件，防止出現錯位、預負荷大的現象，確保軸系對中良好，機器參數要精確調整。以防管道應力過大，機器工作過程中安裝精度和動態特性發生改變。為確保動平衡精度，轉子應正確放置。此外，還應按規定定期檢修，以免破壞原有的精度和性質。四、優化操作過程。工藝參數要符合設計值，保證機器正常的運行狀況。機器工作時間要符合設計規定，避免機器在超負荷、超轉速下運行，改變機器特性，還應確保機器良好的冷卻或者潤滑，定期檢查葉輪是否出現結垢或局部損壞。五、優化設備。機器如果長期運行，會出現動平衡不穩或增大轉子撓度的現象，同時轉子可能出現部分受損、裂紋或脫落，零件磨損或腐蝕等。所以要定期對機器進行檢修，更換零部件，必要時需要更新設備，保證配合性質和精度。

結論

綜上所述，風電場發電功率的預測和風速是維護電網運行和穩定發展的基礎，所以風電場發電功率的準確預測可以提高風電企業的競爭力。現今我國已經設計出的預測模型有神經網絡和經典統計學模型。此外，為了提高發電功率必須優化風機的運行過程。

參考文獻

[1]王俊雪.風電場單機短期風電功率預測方法研究[D].山東建筑大學，2019.

[2]余平.風電場風速及風電功率預測方法研究綜述[J].電子技術與軟件工程，2019，（01）：214.