風力發電機組控制及運行維護技術

高月

摘要：目前，風電已成為全球新能源領域的重點項目，是替代傳統能源的主要新能源類型之一。目前，我國在風電領域投入了大量人力、資金、物力，在風能資源豐富的地區建設了許多風電項目。在風力發電過程中，風力發電機是最重要的部件之一。本文主要對風力發電機組的控制和運維技術進行分析，以供參考。

關鍵詞：風力發電;機組：控制;運行維護

一、風力發電機組控制技術

1.1機械控制技術

風力渦輪機葉輪由水平葉片軸和三級葉片葉輪組成。風電機組由機組風能轉換驅動的葉輪旋轉功率驅動，實現機組風能向葉輪電能的有效轉換。由于機組的風速傳輸時間長期處于風速變化過程中，有時風速變化很大，因此很難對風電機組的轉速進行精確控制。因此，風力發電機組葉輪的風速機械傳動控制主要從風速機械傳動的角度來考慮。主要風力渦輪機的技術特性涉及以下關鍵方面。（1）采用變槳距風輪。首先，風力發電機使用的主要風輪是非定槳距和固定軸距葉片風輪。常規PID自動控制器用于調節葉片風輪的自動速度和葉片俯仰角的自動控制，用于葉輪風力機的自動偏航控制。其葉輪風能綜合利用效率較低。因此，在風電機組技術創新的發展過程中，逐步開發生產了非變形定槳距葉片風電機組，特別是大型商用風電機組。葉片式風機采用可變形定槳距風機連接，使葉片式風機的連接葉片更薄，結構更簡單，高速旋轉的風機慣性小，可根據葉輪風速的自動變化，自動控制和調整風輪連接時各葉片的角度，從而大大提高風力發電機對葉輪風能的綜合利用效率。（2）對風力機轉軸的設計。目前，小型風力發電機組系統中旋轉式風力發電機組的設計體積很大，可達幾十米，重量一般可達幾十噸。受風力機設計制造所用原材料的制造工藝和產品價格優勢的限制，風力機的平均工作時間和轉速一般在27 rpm左右，風力機中的風力機容量越大，轉速越低。為了獲得更穩定的風電機組輸出功率和驅動輸出，目前的風電機組普遍采用異步風電機組，主要采用高速繞線式異步風電機組，并在進入輸出線路的最大電能中特別添加了變頻控制技術，從而基本實現對最佳葉尖速比的實時測量和監測，可以大大增加發電機組的風速運行狀態和風況監測范圍，保證風電機組在整個風速變化的運行過程中的穩定效率，從而獲得最佳的功率輸出驅動功率。（3）對機組的電子控制。目前，大多數大型風力發電機組都是直接驅動風力發電機組，即風力發電機組直接驅動風力使發電機轉子旋轉。這對自動控制檢測技術和故障監測技術的應用提出了更高的技術要求。因此，采用風力變頻驅動電路控制技術和遠程自動監控系統技術，風變論域自動自適應模糊控制檢測方法廣泛應用于小型到大型風力發電機組主軸轉速和風機葉片間距的自動控制和檢測系統中。可完成風電機組旋轉方向的自動遙控、故障檢測和故障自動維護，確保風電機組安全正常運行。

1.2電氣控制技術

對于風電機組的正常遠程電氣控制，可以有效降低風電安全事故發生的概率，提高風電機組的效率和穩定性。對于風電機組的運行效率，電氣控制軟件系統主要由主電機控制器、電量信號采集、無源失電電流補償、偏航和自動控制電纜釋放等幾個系統部分組成，使發電機組在正常運行控制過程中，對風機轉速、功率等參數進行全自動遠程控制。風機電氣控制軟件系統由電機硬件和控制軟件組成。硬件主要指直接使用小型單片機電機或軟件采用PLC技術。兩者在運行性能控制方面各有優缺點。通常，在設計過程中，根據不同的應用要求、環境和特性進行性能選擇。控制軟件主要為模塊化軟件結構的電氣控制軟件程序，由主控制器子程序、事件處理系統子程序、定時狀態中斷處理程序、緊急狀態停機處理程序等合理設計和編寫，從而有效地實現正常運行、遠程監控、故障事件處理的自動化監控和遠程控制。

二、風力發電機組運行維護

2.1日常維護

操作系統維護主要包括遙控操作和現場系統維護兩大過程。其中，遠程控制操作現場一般是指通過微機遠程控制技術對系統進行自動維護，并對操作故障進行實時排除和處理。采用遠程復位技術，可維持機組電網輸出電壓或電網溫度控制。此外，微機遙控還可實時自動采集電網機組相關系統的運行管理參數，并對機組輸出功率、運行風況等信息進行實時采集和遠程數據傳輸，從而為遠程控制技術人員的工作提供可靠的技術參考和分析依據，進而完成高層遠程操作和維護。實踐經驗表明，通過遠程維護的合理推廣應用，可以有效實現對電機故障的準確檢測和分析，縮短機組停機時間，保證能源利用率。雖然遠程維護和維修發揮了重要作用，但仍有許多定期維護和維修工作以及電機故障的日常故障排除和故障排除，只有在定期到達現場后才能進行。所謂定期維護和維修，是指對發電機組傳動連接內部潤滑螺栓組的傳動扭矩和機組傳動潤滑部位的厚度進行傳動潤滑能力試驗。現場發現問題后，應定期進行維護，并及時處理故障，確保輸電機組穩定正常運行。

2.2故障處理

風力發電機組通常具有連續正常運行時間較長、體積大、自重大的主要特點，對日常維護和設備檢修性能有很大的直接影響。但是，如果長時間不及時發現一些細節問題，可能會導致不斷的變化和積累，導致更嚴重的設備故障，嚴重影響風電機組的實際設備運行性能。在這方面，機組設備故障的定期維護非常重要，應特別注意以下幾個方面：（1）風電設備的日常狀態診斷與維護，在設備日常維護的基礎上，及時準確判斷風電機組及相關設備的日常運行管理情況，及時發現并有效解決實際運行問題;（2） 設備預防性故障排除：根據風電機組實際設備運行管理規律，按照相關行業技術標準，及時對風電機組所有設備部件進行維護、檢修和緊固，包括手動更換、緊固和自動調整。機組預防性故障排除主要集中在小型設備部件上;（3） 設備故障應定期維修。當風電機組運行過程中，大型設備部件和電氣系統設備發生嚴重故障時，機組可暫時停止正常運行，重要設備部件應定期及時修理和更換。

結語：

總而言之，風電是新能源領域發展較快的領域之一，技術相對成熟，優勢顯著，已成為常規能源的重要替代品，在環保和經濟方面發揮著重要作用。因此，對風力發電機進行良好的控制和運行維護非常重要。

參考文獻

[1]鄒小洪.淺談雙饋異步風力發電機變頻器運行控制技術[J].紅水河，2020，39（2）：49-52，57.