風力發電機組控制及運行維護技術研究

史振鵬

摘要：經濟發展與環境發展之間的矛盾日益突出，各行各業開始重視將更多的環保理念融入到生產和發展中，風力發電作為清潔能源生產之一，受到了各地區的歡迎。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量和數量。因此，這項工作必須引起專業人士的重視。

關鍵詞：風力發電機組;控制操作和維護技術;研究分析

1風力發電機組控制技術

1.1機械控制技術

（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PID控制器控制和調整風電機組的轉速和葉片的槳距角，從而控制風電機組的偏航。其風力發電的利用效率相對較低，因此在技術創新過程中，逐漸產生了變槳距風力發電機組，特別是大型風力發電機組，葉片采用變槳距連接，使得轉子葉片更薄，結構更簡單，轉子轉動慣量小，根據風速的變化自動調整葉片的連接角度，從而大大提高了風力發電機組的利用效率。在機組控制中，變槳距結構提高了發電系統的運行自動化程度，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）風力發電機組轉軸的設計

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，風力機的轉速一般在27轉左右，機組容量越大，轉速越低。為了獲得更穩定的發電機功率輸出，目前風電機組一般采用異步發電機，采用繞線式異步發電機，并在功率輸出電路中增加變頻技術，以實現最佳葉尖速比的監測測量，并增加機組的風況運行范圍，保證發電機效率在風速變化過程中的穩定性，以獲得最佳的輸出功率。同時，采用變速恒頻（VSCF）技術，實現發電機組與電網系統良好的柔性連接，更容易實現并網運行。

（3）裝置的電子控制

目前，許多風力機采用直接驅動風力機，即風力機直接驅動轉子旋轉。這對控制技術和監控技術提出了更高的要求。由于風電機組大多布置在海上、島嶼和偏遠地區，測試和維護相對困難，因此采用變頻電路技術和遠程監控技術，并將變論域自適應模糊控制方法應用于風電機組轉速和變槳距控制系統、轉子定位、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

風電機組的電氣控制可以有效降低安全事故發生的概率，提高機組的運行穩定性。風電機組電氣控制系統主要由主控制器、電量采集、無功補償、偏航和自動電纜釋放系統組成，使風電機組在運行過程中根據設定的參數自動控制轉速和功率。電氣控制系統由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要采用單片機或PLC技術。兩者在性能上各有優缺點，設計時一般根據不同的要求、環境和特點進行選擇。而軟件主要為模塊化結構的控制程序，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，從而實現機組的正常運行、監控、故障處理等自動監控。

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速度，實現風能向電能的轉換，從而有效提高電能質量。齒輪箱故障將直接影響設備的運行。一般來說，齒輪箱長期運行后，由于摩擦時間長，內部溫度會急劇升高。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速變化。同時，部分設備內部齒輪箱設計不合理，齒輪承載能力估算不足，導致設備啟動后出現故障。此外，在發電機組長期惡劣的環境條件下，變速箱內部不可避免地會出現銹蝕、磨損等一系列問題，這將對風電的利用產生負面影響。

2.2風力發電的諧波污染

風力發電可能在以下兩個過程中產生諧波：第一個是風力渦輪機本身的機械設備，可能產生諧波。與電網設備并聯運行的風電機組在啟動過程中需要與風電機組的機械設備連接，因此會帶來一些諧波。這個過程很短，不經常發生，可以直接忽略。但如果采用變速風力機，將會產生很大的影響。變速風電機組需要通過逆變器設備接入電網。如果風電機組機械設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執行有針對性的運行和維護計劃

目前，風電場的發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，不能根據各電廠的具體情況提供針對性的解決方案。因此，經常出現維修不足的現象，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電機組運行工作，應根據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境、不同的機組故障、不同的系統工作強度等具體情況。運維人員應根據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不同的測試項目，以便“根據當地條件”對風力渦輪機進行操作和維護。

3.2基于大數據分析的故障診斷

雖然風電機組系統極其復雜，但如果機組發生故障，會有一定的信號征兆。因此，我們可以利用大數據對故障的早期征兆進行分析和診斷，找到一定的分布規律，這更有利于風電機組運行維護工作的開展。機組的復雜故障可以逐步分解，分解后的數據可以進行統計分析，進一步分析故障機理，簡化復雜問題?；诖髷祿治龅墓收显\斷中，首先要做的是對故障進行科學分類，分為幾個子系統，如發電機、塔鼓、制動系統、可變螺旋槳系統，其次用適當的分析方法（故障分析法和后果分析法等）對各子系統的故障進行分析，最后形成故障子系統分析結果表，該表列出了各子系統對發電機組故障的影響，分析了現有故障模式的類型、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?；诖髷祿臋C組故障分析與診斷可以減少人員和工人的運維管理，優化運維措施，使發電機組的運維管理更加高效。

3.3物聯網在運維管理中的應用

發電機組進入正常工作狀態后，可將物聯網應用于運行維護管理。整個系統按功能可分為服務器端和客戶端。顧名思義，服務器負責管理單元設備和單元任務。正常情況下，機組設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。機組任務的管理由維修人員操作。具體工作內容為任務信息的增加、刪除、更改，也可以指定具體的操作維護人員?？蛻舳说墓ぷ鲀热菔蔷S護人員通過掃描任務條碼上的任務信息，完成特定的任務要求，并通過手持操作上傳任務完成的具體情況。由于發電機工作的復雜性和運行的特殊性，通常一項任務將需要維修人員對多個部件進行維修，維修人員應在檢查完所有部件后，統一完成上傳，本次服務需要管理層對已完成的任務進行審核確認，未完成的任務需要運行維護人員在以后的時間進行檢查和維護。將物聯網技術應用于風力發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結論

風力發電機組是實現風能轉化為電能的重要系統，利用多種現代技術實現對風力發電機組的高效控制，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，需要積極運用現代科技，風力發電機組控制技術的進一步創新。

參考文獻

[1]劉洋廣. 基于大數據分析的風力發電機組故障預警技術研究與應用[D].吉林大學，2018.