風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制及運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

高月

摘要：目前，風(fēng)電已成為全球新能源領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目，是替代傳統(tǒng)能源的主要新能源類型之一。目前，我國(guó)在風(fēng)電領(lǐng)域投入了大量人力、資金、物力，在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)建設(shè)了許多風(fēng)電項(xiàng)目。在風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是最重要的部件之一。本文主要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制和運(yùn)維技術(shù)進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;機(jī)組：控制;運(yùn)行維護(hù)

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)

1.1機(jī)械控制技術(shù)

風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪由水平葉片軸和三級(jí)葉片葉輪組成。風(fēng)電機(jī)組由機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)的葉輪旋轉(zhuǎn)功率驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組風(fēng)能向葉輪電能的有效轉(zhuǎn)換。由于機(jī)組的風(fēng)速傳輸時(shí)間長(zhǎng)期處于風(fēng)速變化過程中，有時(shí)風(fēng)速變化很大，因此很難對(duì)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪的風(fēng)速機(jī)械傳動(dòng)控制主要從風(fēng)速機(jī)械傳動(dòng)的角度來考慮。主要風(fēng)力渦輪機(jī)的技術(shù)特性涉及以下關(guān)鍵方面。（1）采用變槳距風(fēng)輪。首先，風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用的主要風(fēng)輪是非定槳距和固定軸距葉片風(fēng)輪。常規(guī)PID自動(dòng)控制器用于調(diào)節(jié)葉片風(fēng)輪的自動(dòng)速度和葉片俯仰角的自動(dòng)控制，用于葉輪風(fēng)力機(jī)的自動(dòng)偏航控制。其葉輪風(fēng)能綜合利用效率較低。因此，在風(fēng)電機(jī)組技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展過程中，逐步開發(fā)生產(chǎn)了非變形定槳距葉片風(fēng)電機(jī)組，特別是大型商用風(fēng)電機(jī)組。葉片式風(fēng)機(jī)采用可變形定槳距風(fēng)機(jī)連接，使葉片式風(fēng)機(jī)的連接葉片更薄，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)慣性小，可根據(jù)葉輪風(fēng)速的自動(dòng)變化，自動(dòng)控制和調(diào)整風(fēng)輪連接時(shí)各葉片的角度，從而大大提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)葉輪風(fēng)能的綜合利用效率。（2）對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)。目前，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)體積很大，可達(dá)幾十米，重量一般可達(dá)幾十噸。受風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)制造所用原材料的制造工藝和產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)的限制，風(fēng)力機(jī)的平均工作時(shí)間和轉(zhuǎn)速一般在27 rpm左右，風(fēng)力機(jī)中的風(fēng)力機(jī)容量越大，轉(zhuǎn)速越低。為了獲得更穩(wěn)定的風(fēng)電機(jī)組輸出功率和驅(qū)動(dòng)輸出，目前的風(fēng)電機(jī)組普遍采用異步風(fēng)電機(jī)組，主要采用高速繞線式異步風(fēng)電機(jī)組，并在進(jìn)入輸出線路的最大電能中特別添加了變頻控制技術(shù)，從而基本實(shí)現(xiàn)對(duì)最佳葉尖速比的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)測(cè)，可以大大增加發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)況監(jiān)測(cè)范圍，保證風(fēng)電機(jī)組在整個(gè)風(fēng)速變化的運(yùn)行過程中的穩(wěn)定效率，從而獲得最佳的功率輸出驅(qū)動(dòng)功率。（3）對(duì)機(jī)組的電子控制。目前，大多數(shù)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這對(duì)自動(dòng)控制檢測(cè)技術(shù)和故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的技術(shù)要求。因此，采用風(fēng)力變頻驅(qū)動(dòng)電路控制技術(shù)和遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，風(fēng)變論域自動(dòng)自適應(yīng)模糊控制檢測(cè)方法廣泛應(yīng)用于小型到大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)葉片間距的自動(dòng)控制和檢測(cè)系統(tǒng)中?？赏瓿娠L(fēng)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向的自動(dòng)遙控、故障檢測(cè)和故障自動(dòng)維護(hù)，確保風(fēng)電機(jī)組安全正常運(yùn)行。

1.2電氣控制技術(shù)

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的正常遠(yuǎn)程電氣控制，可以有效降低風(fēng)電安全事故發(fā)生的概率，提高風(fēng)電機(jī)組的效率和穩(wěn)定性。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率，電氣控制軟件系統(tǒng)主要由主電機(jī)控制器、電量信號(hào)采集、無源失電電流補(bǔ)償、偏航和自動(dòng)控制電纜釋放等幾個(gè)系統(tǒng)部分組成，使發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行控制過程中，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)進(jìn)行全自動(dòng)遠(yuǎn)程控制。風(fēng)機(jī)電氣控制軟件系統(tǒng)由電機(jī)硬件和控制軟件組成。硬件主要指直接使用小型單片機(jī)電機(jī)或軟件采用PLC技術(shù)。兩者在運(yùn)行性能控制方面各有優(yōu)缺點(diǎn)。通常，在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用要求、環(huán)境和特性進(jìn)行性能選擇。控制軟件主要為模塊化軟件結(jié)構(gòu)的電氣控制軟件程序，由主控制器子程序、事件處理系統(tǒng)子程序、定時(shí)狀態(tài)中斷處理程序、緊急狀態(tài)停機(jī)處理程序等合理設(shè)計(jì)和編寫，從而有效地實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障事件處理的自動(dòng)化監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)

2.1日常維護(hù)

操作系統(tǒng)維護(hù)主要包括遙控操作和現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)維護(hù)兩大過程。其中，遠(yuǎn)程控制操作現(xiàn)場(chǎng)一般是指通過微機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)維護(hù)，并對(duì)操作故障進(jìn)行實(shí)時(shí)排除和處理。采用遠(yuǎn)程復(fù)位技術(shù)，可維持機(jī)組電網(wǎng)輸出電壓或電網(wǎng)溫度控制。此外，微機(jī)遙控還可實(shí)時(shí)自動(dòng)采集電網(wǎng)機(jī)組相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行管理參數(shù)，并對(duì)機(jī)組輸出功率、運(yùn)行風(fēng)況等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，從而為遠(yuǎn)程控制技術(shù)人員的工作提供可靠的技術(shù)參考和分析依據(jù)，進(jìn)而完成高層遠(yuǎn)程操作和維護(hù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過遠(yuǎn)程維護(hù)的合理推廣應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)故障的準(zhǔn)確檢測(cè)和分析，縮短機(jī)組停機(jī)時(shí)間，保證能源利用率。雖然遠(yuǎn)程維護(hù)和維修發(fā)揮了重要作用，但仍有許多定期維護(hù)和維修工作以及電機(jī)故障的日常故障排除和故障排除，只有在定期到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后才能進(jìn)行。所謂定期維護(hù)和維修，是指對(duì)發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)連接內(nèi)部潤(rùn)滑螺栓組的傳動(dòng)扭矩和機(jī)組傳動(dòng)潤(rùn)滑部位的厚度進(jìn)行傳動(dòng)潤(rùn)滑能力試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問題后，應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)，并及時(shí)處理故障，確保輸電機(jī)組穩(wěn)定正常運(yùn)行。

2.2故障處理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常具有連續(xù)正常運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、體積大、自重大的主要特點(diǎn)，對(duì)日常維護(hù)和設(shè)備檢修性能有很大的直接影響。但是，如果長(zhǎng)時(shí)間不及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題，可能會(huì)導(dǎo)致不斷的變化和積累，導(dǎo)致更嚴(yán)重的設(shè)備故障，嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際設(shè)備運(yùn)行性能。在這方面，機(jī)組設(shè)備故障的定期維護(hù)非常重要，應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面：（1）風(fēng)電設(shè)備的日常狀態(tài)診斷與維護(hù)，在設(shè)備日常維護(hù)的基礎(chǔ)上，及時(shí)準(zhǔn)確判斷風(fēng)電機(jī)組及相關(guān)設(shè)備的日常運(yùn)行管理情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效解決實(shí)際運(yùn)行問題;（2） 設(shè)備預(yù)防性故障排除：根據(jù)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際設(shè)備運(yùn)行管理規(guī)律，按照相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組所有設(shè)備部件進(jìn)行維護(hù)、檢修和緊固，包括手動(dòng)更換、緊固和自動(dòng)調(diào)整。機(jī)組預(yù)防性故障排除主要集中在小型設(shè)備部件上;（3） 設(shè)備故障應(yīng)定期維修。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，大型設(shè)備部件和電氣系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，機(jī)組可暫時(shí)停止正常運(yùn)行，重要設(shè)備部件應(yīng)定期及時(shí)修理和更換。

結(jié)語：

總而言之，風(fēng)電是新能源領(lǐng)域發(fā)展較快的領(lǐng)域之一，技術(shù)相對(duì)成熟，優(yōu)勢(shì)顯著，已成為常規(guī)能源的重要替代品，在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮著重要作用。因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行良好的控制和運(yùn)行維護(hù)非常重要。

參考文獻(xiàn)

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