陸上風(fēng)電風(fēng)機(jī)設(shè)備選型與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)探討

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)電場的建設(shè)過程中一直都發(fā)揮著重要的作用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用的過程中也會受到環(huán)境、交通運(yùn)輸和其他多種條件的制約。但是，從具體選型的時候，一定要先分析工作中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，之后再通過結(jié)合實(shí)際的情況，真正考慮一些分析問題的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電風(fēng)機(jī)設(shè)備；選型策略；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.170

0 引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一直都在風(fēng)電場建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。風(fēng)電機(jī)組的選型在整個過程中也顯得非常重要。選型的好壞甚至直接關(guān)系到風(fēng)電場本身的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文對風(fēng)電機(jī)組的選型進(jìn)行全面的分析。再通過探討一些運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)來確保風(fēng)電風(fēng)機(jī)運(yùn)行的合理性，最終使得風(fēng)電場建設(shè)的更好[1]。

1 研究背景

我國擁有非常豐富的風(fēng)力資源，實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能資源已經(jīng)達(dá)到2.53億千瓦，近海風(fēng)場可以開發(fā)的風(fēng)能資源是陸上的3倍。目前，我國風(fēng)機(jī)制造商中確實(shí)涌現(xiàn)出現(xiàn)了一些好的發(fā)展機(jī)遇，各類新能源和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也相對比較成熟。另外，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模較大，成本也較低，受到了國家人員的高度重視。國內(nèi)的風(fēng)機(jī)制造業(yè)是以國家廉價的人工成本和雄厚的制造技術(shù)為基礎(chǔ)的，在發(fā)展的過程中面臨著良好的機(jī)遇，所以勢必會在國際市場上也大有作為。

雖然我國的風(fēng)力發(fā)電面臨著眾多的優(yōu)勢，但是我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)也存在著眾多的風(fēng)險，行業(yè)的競爭也勢必變得越來越激烈。我國的風(fēng)機(jī)制造業(yè)幾乎是從零開始，現(xiàn)已經(jīng)掌握了整機(jī)和零件制造技術(shù)，并迅速實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。包括葉片、齒輪箱和發(fā)電機(jī)也已經(jīng)在研制過后投入了批量的生產(chǎn)。但電控系統(tǒng)的研制還需要經(jīng)歷漫長的一個過程。

2 風(fēng)電風(fēng)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀

從當(dāng)前風(fēng)電風(fēng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的過程來看，可以根據(jù)發(fā)電機(jī)的類型、發(fā)電機(jī)的尺寸和變流器的功能將風(fēng)電機(jī)分成雙饋異步式發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)。具體使用的過程如下：

2.1 雙饋異步式

依據(jù)雙饋概念采用1個繞線式轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)，之后再通過滑環(huán)將繞線的轉(zhuǎn)子和小型的變流器相互連接。發(fā)電機(jī)先直接連接電網(wǎng)中的定子來介入2/3的額定功率。之后再通過轉(zhuǎn)子接入1/3的額定功率。變流器主要可以用來控制發(fā)電機(jī)的速度和功率因數(shù)，并讓機(jī)組在更寬的發(fā)電速度范圍內(nèi)運(yùn)行。另外，變流器也應(yīng)該有支撐電網(wǎng)的能力。另外，如果能夠在選型的過程中選擇1/3的小功率的變流器，那么就可以滿足風(fēng)力發(fā)電的要求。最終也就能夠讓發(fā)電機(jī)運(yùn)行時候的額定轉(zhuǎn)速控制在一定的范圍內(nèi)。

雙饋異步式發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢主要有如下幾點(diǎn)：第一，可以讓發(fā)電機(jī)有效地進(jìn)行變速運(yùn)行，從而更好地提高發(fā)電量。第二，在實(shí)際操作的過程中可以配合1/3額定功率的小型變流器來有效地進(jìn)行操作。第三，全面提供無功功率來有效地支撐電網(wǎng)。第四，全面提高整個系統(tǒng)的效率。第五，整個發(fā)電方案的技術(shù)非常先進(jìn)，且能夠滿足操作的原則。

2.2 全直驅(qū)式

在運(yùn)用全功率變流器的過程中，可以直接將發(fā)電機(jī)、機(jī)械傳動器和電網(wǎng)有效地隔離起來。所有電機(jī)發(fā)電功率都會直接以變流器為媒介流入電網(wǎng)內(nèi)部。因此，在實(shí)際操作的過程中，可以通過運(yùn)用同步的異步發(fā)電機(jī)來直接提供發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而有效地控制速度。

全直驅(qū)式的變流器在使用的過程中主要可以表現(xiàn)出如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：第一，在全直驅(qū)式的背景下，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的影響可以被消除到最小。第二，當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，在全直驅(qū)式的背景下，可以最大限度地減少對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的沖擊[3]。第三，在全直驅(qū)式的背景下，可以保證整個電網(wǎng)被控制在速度范圍內(nèi)，并有效地提升全年的發(fā)電量。第四，在全直驅(qū)式的背景下，內(nèi)部的功率可以被更好地控制。

2.3 半直驅(qū)式

半直驅(qū)式本身也屬于直驅(qū)式的表現(xiàn)方式。在半直驅(qū)式的背景下，主要可以中速變流器和小型的發(fā)電機(jī)相互結(jié)合，并更好地被使用。其主要的優(yōu)勢可以表現(xiàn)在如下幾個方面：第一，風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速相對較低，從而有效地降低機(jī)械的應(yīng)力。第二，半直驅(qū)式的風(fēng)電機(jī)組的重量比較輕，本身的尺寸也比較小，所以在使用的過程中能夠表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。

3 風(fēng)電風(fēng)機(jī)設(shè)備的選型

在進(jìn)行風(fēng)電風(fēng)機(jī)選型的過程中，可以根據(jù)相關(guān)的原則進(jìn)行有效地開發(fā)，只有這樣才能夠在降低工程造價的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。主要的原則主要包括如下幾個方面：第一，在進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組選型的過程中，要先對風(fēng)能資源全面進(jìn)行評估，之后才能夠選擇合適的風(fēng)電機(jī)組。第二，在實(shí)際運(yùn)輸和安裝的過程中，需要先有效地了解運(yùn)輸和安裝的條件，并在之后確定單機(jī)容量。第三，在操作的過程中可以先分析氣候條件，之后再選擇合適的機(jī)型。第四，需要對配套的設(shè)備進(jìn)行投資評估，之后再有效地估算風(fēng)電機(jī)組的價格。第五，有效地了解設(shè)備的有關(guān)參數(shù)，并保證其控制方式的先進(jìn)性和成熟性，并在之后做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)的哦比較工作。第六，先要對機(jī)器的成本進(jìn)行全面的了解，之后再有效地做好控制工作。第七，利用軟件計(jì)算出整個過程中的發(fā)電量。一般而言，只要嚴(yán)格地按照上述的原則來進(jìn)行風(fēng)電風(fēng)機(jī)的選型，才能夠選到合適的風(fēng)電風(fēng)機(jī)設(shè)備。

4 風(fēng)機(jī)組選型時的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行風(fēng)機(jī)組選型的過程中，需要注意如下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，根據(jù)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求》的規(guī)定，可以先分析輪轂的年平均風(fēng)速和湍流的強(qiáng)度，從而將風(fēng)電機(jī)組分成4個等級。在實(shí)際執(zhí)行的過程中，可以根據(jù)風(fēng)機(jī)的地址選擇有效的安全等級。最后再根據(jù)氣溫的范圍來確定標(biāo)準(zhǔn)型號的機(jī)組。在沿海地區(qū)，大家也需要對風(fēng)機(jī)組的防腐性提出更高的要求。第二，要盡可能選擇容量較大且配合變槳變速技術(shù)的機(jī)型，從而也就能夠在減少風(fēng)電機(jī)組數(shù)量的基礎(chǔ)上增加發(fā)電量。這樣也就能夠在減少土地面積和吊裝次數(shù)的基礎(chǔ)上來提高經(jīng)濟(jì)效益。采用大型的機(jī)組一方面能夠通過提高輸電電壓來降低成本，另外一方面也能夠在短時間內(nèi)找到備用品。第三，應(yīng)該注意風(fēng)機(jī)組本身的價格和基礎(chǔ)費(fèi)用。如果單機(jī)容量在建設(shè)時表現(xiàn)的不同，那么應(yīng)該先比較配套設(shè)備和設(shè)施的費(fèi)用，之后盡可能地選擇價格較低的設(shè)備。第四，廠家應(yīng)該設(shè)置專門的服務(wù)機(jī)構(gòu)和服務(wù)設(shè)施來負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)的維修。

5 實(shí)際運(yùn)行案例分析

5.1 風(fēng)電場運(yùn)行的情況

在建設(shè)安城風(fēng)電場一期的過程中，2012年3月33臺風(fēng)機(jī)全部并網(wǎng)發(fā)電，2013年累計(jì)實(shí)現(xiàn)11144.7萬kWh的年發(fā)電量，設(shè)備的利用率一度高達(dá)99.32%。

5.2 投入運(yùn)行設(shè)備的主要原因和處理方式

設(shè)備在運(yùn)行的過程中主要會出現(xiàn)如下幾點(diǎn)故障：第一，設(shè)備在運(yùn)

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行的過程中出現(xiàn)嚴(yán)重偏航的現(xiàn)象，在更換接觸器之后有所好轉(zhuǎn)。第二，在使用的過程中，設(shè)備內(nèi)部的葉片損壞，需返廠進(jìn)行維修。第三，葉輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)多次不匹配的現(xiàn)象，需及時更換風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和傳感器。第四，風(fēng)電機(jī)組在使用過程中出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象，更換了頂部控制器插板。第五，在使用的過程中，葉片出現(xiàn)了開裂的現(xiàn)象，雷桿出現(xiàn)了斷裂的現(xiàn)象，需返廠進(jìn)行整改維修。第六，在使用的過程中，變槳的電池出現(xiàn)故障。是因?yàn)殡姵刭|(zhì)量不佳和老化造成的，需要及時更換電池組。第七，氣象站設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量的問題，在更換了風(fēng)速儀之后逐漸好轉(zhuǎn)。第八，滑環(huán)在使用的過程中存在設(shè)計(jì)缺陷，后在更換滑環(huán)之后使得其質(zhì)量變得更好。第九，風(fēng)電機(jī)組在使用的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)包括葉片被損壞、電壓操作錯誤、PLC模塊使用錯誤、程序錯誤和通訊中斷等諸多問題。在找相關(guān)人員進(jìn)行維修之后，故障得以排除。

以上這些故障多數(shù)都是由于設(shè)備本身的質(zhì)量引起的，但是在及時調(diào)試之后都可以讓其有效地恢復(fù)運(yùn)行，并在使用的過程中不存在較多的安全隱患。

6 設(shè)備質(zhì)量和售后評價

風(fēng)機(jī)的變槳電機(jī)內(nèi)部的軸承出現(xiàn)了較高的故障。在經(jīng)過檢查之后不得已加大了變槳電機(jī)制動力矩，并驗(yàn)證其操作的過程是否能夠滿足抗臺的要求。在使用的過程中，經(jīng)常會因?yàn)樽儤到y(tǒng)內(nèi)部的容量不足，從而使得變槳機(jī)電、驅(qū)動模塊和其他部件經(jīng)常出現(xiàn)被損壞的現(xiàn)象。另外，風(fēng)電變頻器系統(tǒng)在第一年運(yùn)行的過程中，其水冷系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，變槳蓄電池也經(jīng)常因此出現(xiàn)老化，內(nèi)部的曲線值也沒有能夠達(dá)到實(shí)際的理論值。

在建設(shè)的過程中還存在著如下幾點(diǎn)問題：第一，在維修的過程中不能夠提供全面的維修資料。不僅不能夠提供控制程序中的參數(shù)、元器件的產(chǎn)品說明書和其他資料，甚至也不能夠提供與風(fēng)機(jī)控制相關(guān)的邏輯圖。第二，廠家的工作人員在風(fēng)機(jī)設(shè)備投產(chǎn)之后不能及時到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試和消缺，之后沒有對有關(guān)人員及時進(jìn)行培訓(xùn)。

7 結(jié)束語

綜上所述，研究陸上風(fēng)電風(fēng)機(jī)設(shè)備的選型和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)顯得非常重要。這樣不僅能夠保證整個設(shè)備在更加合理的范圍內(nèi)運(yùn)行，而且還能夠提高整體的經(jīng)濟(jì)效益，從而使得風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的更加穩(wěn)定，最終保證風(fēng)電機(jī)組更加安全可靠地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：謝春生（1973-），男，山東青島人，本科，副總工程師，高級技師，研究方向：清潔能源。