淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

馬黎明

【摘?要】風(fēng)能作為一種清潔新型能源，可以有效緩解能源危機(jī)，推動社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過不斷的完善和創(chuàng)新，逐漸成為新型清潔能源中重要組成部分。本文在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見故障節(jié)解決措施的基礎(chǔ)上，就變速恒頻風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)進(jìn)行探討，最后闡述了智能化技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī);風(fēng)力發(fā)電;控制技術(shù)

1風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行中存在的故障問題

1.1發(fā)電機(jī)葉片故障

葉片是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組件之一，其作用非常大，葉片的好壞可以影響到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效能以及基礎(chǔ)性能。實(shí)際上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片經(jīng)常性的發(fā)生故障，即發(fā)電機(jī)葉片故障問題占據(jù)整個(gè)故障發(fā)生原因的30%。

1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器運(yùn)行異常

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組件還有變流器，其作用是可以控制不斷變化的葉輪轉(zhuǎn)速下輸出端的電壓，具體的控制原理其實(shí)就是保持變流器中電壓幅度以及頻率與電網(wǎng)電壓幅度以及頻率一致。風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器運(yùn)行異常的原因可以從散熱不均來分析?，F(xiàn)階段的變流器散熱方式有風(fēng)冷、水冷兩種形式。主要是針對變流器柜體進(jìn)行散熱，因?yàn)楣耋w的溫度一旦過高，就會影響到內(nèi)部的熱敏感元件以及線路的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致變流器運(yùn)行異常。變流器主要是通過斷路器進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)阻斷電流，達(dá)成短路保護(hù)功能的，因此要是出現(xiàn)變流器運(yùn)行異常情況，就會影響斷路保護(hù)功能的發(fā)揮。

1.3發(fā)電機(jī)振動異常

發(fā)電機(jī)振動是評價(jià)電路質(zhì)量的重要標(biāo)志之一，因?yàn)橐翘珡?qiáng)烈的發(fā)電機(jī)振動會破壞發(fā)單機(jī)的穩(wěn)定，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的大軸斷裂，影響風(fēng)電廠的安全生產(chǎn)，同時(shí)還會降低整個(gè)風(fēng)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，發(fā)電廠勢必要保持穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)振動。而出現(xiàn)發(fā)電機(jī)振動異常因素可能為發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)理念不符合電力廠加工技術(shù)要求，或者是發(fā)電機(jī)的零件部質(zhì)量以及精度沒有達(dá)到要求。當(dāng)然，也有可能是發(fā)電機(jī)工作量太大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)振動異常現(xiàn)象。

2風(fēng)電場電氣設(shè)備中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障處理措施

2.1發(fā)電機(jī)葉片故障的處理措施

發(fā)電機(jī)葉片故障一旦發(fā)生，機(jī)組就要停止運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)，然后迅速的進(jìn)行發(fā)電機(jī)葉片的故障排除工作。如果沒能有效排除發(fā)電機(jī)葉片故障，就要進(jìn)行具體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的更換，進(jìn)一步消除發(fā)電機(jī)葉片故障問題。但是這樣風(fēng)力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)成本就會大幅度的提升。

2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器運(yùn)行異常的處理措施

通過定期維修能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)存在的變流器運(yùn)行故障，進(jìn)而采取恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器運(yùn)行異常的原因主要有散熱不均，因此可對局部過熱現(xiàn)象進(jìn)行關(guān)注，對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行清潔、吹灰、打機(jī)油等維護(hù)保養(yǎng)工作。

2.3發(fā)電機(jī)振動異常的處理措施

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電過程中，出現(xiàn)了異常振動噪聲，那么其識別和消除振動噪聲的位置不容忽視，應(yīng)予以重視。如果傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，那么應(yīng)對溫度和振動等情況進(jìn)行相應(yīng)的檢查，防止問題的發(fā)生，并對已出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)處理，確保風(fēng)力發(fā)電正常，滿足相應(yīng)的要求。

3變速恒頻風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

隨著科技進(jìn)步，國內(nèi)外關(guān)于變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的研究朝著多元化發(fā)展。其主要由變速恒頻的發(fā)電機(jī)組來決定，起到最重要作用的就是發(fā)電機(jī)和電力電子交流裝置。基于此，常見的兩種系統(tǒng)如下：一種是交流轉(zhuǎn)直流再轉(zhuǎn)交流式發(fā)電系統(tǒng)，另一種是交流勵磁式變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。

3.1交流轉(zhuǎn)直流再轉(zhuǎn)交流式發(fā)電系統(tǒng)

該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間經(jīng)過變頻器與變壓器處理轉(zhuǎn)換后，在此運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會根據(jù)風(fēng)速的變化而隨之發(fā)生變化，產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流器，將交流電經(jīng)過處理后變?yōu)橹绷麟?，然后逆變器再次將直流電轉(zhuǎn)換成固定頻率的交流電，最后將產(chǎn)生的電能傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。該系統(tǒng)選用的電動機(jī)比較常見的為鼠籠式異步發(fā)電機(jī)。

3.2交流勵磁式變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

主要由3部分構(gòu)成：控制電路、雙向變換器和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。其工作原理是將發(fā)電機(jī)的定子并到電網(wǎng)上，進(jìn)而轉(zhuǎn)子經(jīng)過勵磁變換器和進(jìn)線電抗器連接到電網(wǎng);再利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動機(jī)械旋轉(zhuǎn)，所生產(chǎn)的機(jī)械能可以轉(zhuǎn)換到發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子上，以此來驅(qū)動發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子，最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，利用定子繞組將電力傳送到電網(wǎng)，完成發(fā)電過程。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速改變而改變。如果是由于風(fēng)速引起的變化，則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子進(jìn)而達(dá)到對電流頻率的改變，最終實(shí)現(xiàn)保持定子頻率不發(fā)生改變。

3.3變速恒頻風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

通過對上述兩種發(fā)電機(jī)分析，變速恒頻對風(fēng)能的轉(zhuǎn)化利用率較高，且變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率運(yùn)行。相較傳統(tǒng)的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，年發(fā)電量將提高20%，運(yùn)行效率大幅提升，且使風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間延長，最終達(dá)到輸出功率大、運(yùn)行效率高的效果。變機(jī)電動力系統(tǒng)間的剛性連接為柔性連接，能夠延長風(fēng)力機(jī)的壽命，減少疲勞損壞。在該發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)中，矢量控制調(diào)節(jié)勵磁不僅可以獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，還可以自動調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率因數(shù)，進(jìn)而改善電力系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。變速恒頻發(fā)電機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為風(fēng)能發(fā)電開啟了新紀(jì)元，加速了新能源替代舊能源的步伐。在該系統(tǒng)中，噪聲在不斷減小，且能輸出更高的電能質(zhì)量，正在逐步實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動化控制管理。

4風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)中智能化技術(shù)的應(yīng)用

4.1傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合分析

風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)需要在傳輸系統(tǒng)（物理鏈路及設(shè)備）的運(yùn)用下，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而將智能化技術(shù)融入風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)中，ICP/TP傳輸協(xié)議得到了全面應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)化后的傳輸協(xié)議，也必然能夠共享傳輸系統(tǒng)，一套綜合布線系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能將不同系統(tǒng)內(nèi)部及彼此間的通信解決?；诠簿钟蚓W(wǎng)的智能化系統(tǒng)共享同一傳輸網(wǎng)絡(luò)是沒有問題的。通過分析技術(shù)即可了解，風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)用戶端設(shè)備依托公共局域網(wǎng)、寬帶路由器進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)器的訪問方可實(shí)現(xiàn)智能控制?？梢晫χv系統(tǒng)用戶端屬于用戶室內(nèi)的一種共享設(shè)備，應(yīng)當(dāng)能夠訪問風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)局域網(wǎng)，同時(shí)也可在管理系統(tǒng)內(nèi)局域網(wǎng)的運(yùn)用下訪問Internet，在網(wǎng)絡(luò)合理規(guī)劃之后方可達(dá)成。

4.2強(qiáng)化技術(shù)分析和應(yīng)用

現(xiàn)如今，風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)展現(xiàn)出了相當(dāng)迅速的技術(shù)發(fā)展速度，互聯(lián)網(wǎng)上逐漸出現(xiàn)一系列風(fēng)力發(fā)電自動化控制系統(tǒng)智能化及設(shè)備控制方向的資料、技術(shù)，通過物理鏈路與協(xié)議對接技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電智能系統(tǒng)用戶端設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)對不同風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制。

4.3智能感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電場中要想充分運(yùn)用智能化電子設(shè)備，那么就應(yīng)當(dāng)對風(fēng)電場的智能電網(wǎng)進(jìn)行建模并運(yùn)用，而要有效控制復(fù)雜而又龐大的智能電網(wǎng)，最為關(guān)鍵的便是監(jiān)測整個(gè)風(fēng)電場的設(shè)備，隨后整合獲取的設(shè)備信息及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況。智能感應(yīng)器、無線感應(yīng)器及光纖感應(yīng)器等感應(yīng)器的應(yīng)用，可為智能風(fēng)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供支撐，同時(shí)在智能風(fēng)力發(fā)電廠及其他多種設(shè)備運(yùn)行環(huán)境下，可調(diào)取出變電器需求的信息。

結(jié)束語

智能化風(fēng)力發(fā)電自動化控制表示在智能化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用下，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組日常運(yùn)行維護(hù)、修理及排除故障等工作為中心所開展的一系列自動化作業(yè)。我國電力能源的來源中，風(fēng)力發(fā)電逐漸呈現(xiàn)出更重要的地位。將互聯(lián)網(wǎng)及智能化技術(shù)融為一體的智能化風(fēng)力發(fā)電自動化控制這一新型管理模式，能夠有效解決產(chǎn)生于風(fēng)力發(fā)電推進(jìn)期間的各類管理問題，保障風(fēng)力發(fā)電場運(yùn)行的正常與穩(wěn)定。

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