淺析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行性能測試技術(shù)

計國濤

明陽智慧能源集團(tuán)股份公司 廣東中山 528400

1 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的概述

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)原理指的是通過利用大自然的風(fēng)能實施發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組則是通過技術(shù)的途徑將大自然的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種機(jī)械設(shè)施。輪毅與槳葉是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心組件。槳葉所具備的空氣動力能夠帶動風(fēng)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而將大自然的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，進(jìn)而利用齒輪箱增速驅(qū)動發(fā)電機(jī)把這種機(jī)械能最終轉(zhuǎn)化為電能資源。在當(dāng)前的發(fā)展階段，雙饋變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了十分廣泛的應(yīng)用，該機(jī)組的風(fēng)輪槳距角能夠?qū)崿F(xiàn)自由調(diào)節(jié)，內(nèi)部的發(fā)電機(jī)也具有變速功能，能夠有效輸出恒頻恒壓電能資源，在效率的保證方面受到認(rèn)可。在低于額定風(fēng)速的情況下，發(fā)電機(jī)充分利用改變轉(zhuǎn)速以及槳距角的作用令機(jī)組系統(tǒng)能夠在良好的尖速比的狀態(tài)下運行，從而輸出最理想的功率，在處于高風(fēng)速的情況下，利用改變槳距角的方式令機(jī)組的功率輸出控制在額定功率的范圍內(nèi)。 具有高效、性價比高、逆變器功率較小的優(yōu)勢特征[1]。此外，調(diào)速的幅度達(dá)到 30%的額定轉(zhuǎn)速范圍，變流的容量僅僅維持系統(tǒng)容量的 30% ，MPPT 控制，與變速恒頻驅(qū)動無功功率、有功等 實現(xiàn)了獨立的控制。另一方面，因為風(fēng)能具有不穩(wěn)定以及捕獲最大風(fēng)能的條件，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化是連續(xù)性的，并且頻繁地在同步轉(zhuǎn)速上、下之間存在波動的情況， 為有效促進(jìn)風(fēng)力機(jī)組能夠追蹤以及捕獲到最大的能量，從而保障電網(wǎng)對輸入電力所提出的條件。因此在這種情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)務(wù)必需要變速恒頻地進(jìn)行運行。

2 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行性能測試技術(shù)研究

2.1 機(jī)械載荷的測試

機(jī)械載荷的測試主要分為三個部分的測試，內(nèi)容包括：（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械載荷測試系統(tǒng)。在通常的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械載荷檢測系統(tǒng)通過把變電橋轉(zhuǎn)換為載荷信號的傳感器，從而實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部核心組件載荷狀態(tài)的測試。一般在信號調(diào)理裝置的內(nèi)部中，模擬濾波器所輸出的截止頻率與傳感器的輸出模擬信號相比，有效頻率超過了 3 倍左右，以此作為降低噪聲與虛假信號的影響程度。而數(shù)據(jù)采集裝置所輸出的采樣頻率與測試信號的有效頻率相比，通常超出 8 倍左右，存儲裝置和數(shù)據(jù)顯示需要進(jìn)行自動儲存時間序列、統(tǒng)計等方面的數(shù)據(jù)和，還要自動形成俘獲矩陣。（2） 風(fēng)輪葉片根部彎矩的測試。在對風(fēng)輪葉片根部彎矩的測試過程中，測試 傳感器一般都使用電阻應(yīng)變片，首先把應(yīng)變片粘貼在葉片的內(nèi)部位置，這主要是為了避免雷電或者相關(guān)的環(huán)境外力因素對應(yīng)變片產(chǎn)生影響或破壞。在正常的情況下，應(yīng)變片需要安設(shè)于葉片根部的圓柱形范圍內(nèi)，全部應(yīng)變片至葉片邊緣的距離必須要保持一致，這樣主要是為了能夠控制葉片揮舞與擺振信號的交叉敏感度系數(shù)在最低的水平。（3）載荷測試的數(shù)據(jù)處理。在一般的情況下，實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械載荷的測試，首先要建立一個統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，同時還要采集到各種時間序列信息數(shù)據(jù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在正常情況下承載的外部載荷通常是因為時間變化的動態(tài)隨機(jī)載荷，因此要涉及到俘獲矩陣將數(shù)據(jù)，進(jìn)而有序和完整對所獲得的時間系列數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并且將該數(shù)據(jù)作為研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械載荷的根據(jù)[2]。

2.2 電壓閃變和波動的測試

在一般情況下，電壓波動指的是相關(guān)的電壓變動以及工頻電壓包絡(luò)線的正常周期變化。閃變情況則指的是白熾燈的照度在由于電壓波動出現(xiàn)變化的情況下，人的肉眼對白熾燈照度發(fā)生變化的一種主觀感受，這是一種代表電壓波動實際輕重程度的硬性指標(biāo)。

2.3 諧波的測試

根據(jù)現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為了能夠有效限制電網(wǎng)諧波，我國出臺了諧波標(biāo)準(zhǔn)，這項標(biāo)準(zhǔn)方案主要適用于一些頻率為 標(biāo)稱電壓 10kV及以下、 50Hz國家公用電網(wǎng)，目標(biāo)在于有效地將公用電網(wǎng)中的諧波限制于被認(rèn)可的幅度內(nèi)，從而確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量，同時進(jìn)一步預(yù)防因為諧波 的問題對用戶電氣設(shè)備與電網(wǎng)帶來威脅[3]。

3 結(jié)語

根據(jù)上述內(nèi)容，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行性能進(jìn)行測試主要是為了掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行情況，確認(rèn)系統(tǒng)內(nèi)部是否存在故障損壞的問題，進(jìn)而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行與維護(hù)奠定堅實的基礎(chǔ)，此外，通過加大對測試技術(shù)自主研發(fā)的投入，能夠提升我國發(fā)電機(jī)組的設(shè)計與制造水平，進(jìn)而推動風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。