陸上風電風機設備選型與運行經驗探討

摘 要：風力發電機在風電場的建設過程中一直都發揮著重要的作用。風力發電機在使用的過程中也會受到環境、交通運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經驗，之后再通過結合實際的情況，真正考慮一些分析問題的方法。

關鍵詞：風電風機設備；選型策略；運行經驗

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

0 引言

風力發電機組一直都在風電場建設中發揮著重要的作用。風電機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系到風電場本身的經濟效益。因此，本文對風電機組的選型進行全面的分析。再通過探討一些運行的經驗來確保風電風機運行的合理性，最終使得風電場建設的更好[1]。

1 研究背景

我國擁有非常豐富的風力資源，實際可開發的風能資源已經達到2.53億千瓦，近海風場可以開發的風能資源是陸上的3倍。目前，我國風機制造商中確實涌現出現了一些好的發展機遇，各類新能源和風力發電技術也相對比較成熟。另外，風力發電的規模較大，成本也較低，受到了國家人員的高度重視。國內的風機制造業是以國家廉價的人工成本和雄厚的制造技術為基礎的，在發展的過程中面臨著良好的機遇，所以勢必會在國際市場上也大有作為。

雖然我國的風力發電面臨著眾多的優勢，但是我國風電設備制造業也存在著眾多的風險，行業的競爭也勢必變得越來越激烈。我國的風機制造業幾乎是從零開始，現已經掌握了整機和零件制造技術，并迅速實現了批量生產。包括葉片、齒輪箱和發電機也已經在研制過后投入了批量的生產。但電控系統的研制還需要經歷漫長的一個過程。

2 風電風機技術的現狀

從當前風電風機技術發展的過程來看，可以根據發電機的類型、發電機的尺寸和變流器的功能將風電機分成雙饋異步式發電機和直驅式風電機。具體使用的過程如下：

2.1 雙饋異步式

依據雙饋概念采用1個繞線式轉子異步發電機，之后再通過滑環將繞線的轉子和小型的變流器相互連接。發電機先直接連接電網中的定子來介入2/3的額定功率。之后再通過轉子接入1/3的額定功率。變流器主要可以用來控制發電機的速度和功率因數，并讓機組在更寬的發電速度范圍內運行。另外，變流器也應該有支撐電網的能力。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，那么就可以滿足風力發電的要求。最終也就能夠讓發電機運行時候的額定轉速控制在一定的范圍內。

雙饋異步式發電機的優勢主要有如下幾點：第一，可以讓發電機有效地進行變速運行，從而更好地提高發電量。第二，在實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行操作。第三，全面提供無功功率來有效地支撐電網。第四，全面提高整個系統的效率。第五，整個發電方案的技術非常先進，且能夠滿足操作的原則。

2.2 全直驅式

在運用全功率變流器的過程中，可以直接將發電機、機械傳動器和電網有效地隔離起來。所有電機發電功率都會直接以變流器為媒介流入電網內部。因此，在實際操作的過程中，可以通過運用同步的異步發電機來直接提供發電機的轉矩，從而有效地控制速度。

全直驅式的變流器在使用的過程中主要可以表現出如下幾點優勢：第一，在全直驅式的背景下，發電機和電網之間的影響可以被消除到最小。第二，當電網內部出現故障時，在全直驅式的背景下，可以最大限度地減少對風機產生的沖擊[3]。第三，在全直驅式的背景下，可以保證整個電網被控制在速度范圍內，并有效地提升全年的發電量。第四，在全直驅式的背景下，內部的功率可以被更好地控制。

2.3 半直驅式

半直驅式本身也屬于直驅式的表現方式。在半直驅式的背景下，主要可以中速變流器和小型的發電機相互結合，并更好地被使用。其主要的優勢可以表現在如下幾個方面：第一，風電機組的轉速相對較低，從而有效地降低機械的應力。第二，半直驅式的風電機組的重量比較輕，本身的尺寸也比較小，所以在使用的過程中能夠表現出一定的優勢。

3 風電風機設備的選型

在進行風電風機選型的過程中，可以根據相關的原則進行有效地開發，只有這樣才能夠在降低工程造價的基礎上實現資源的優化配置。主要的原則主要包括如下幾個方面：第一，在進行風電機組選型的過程中，要先對風能資源全面進行評估，之后才能夠選擇合適的風電機組。第二，在實際運輸和安裝的過程中，需要先有效地了解運輸和安裝的條件，并在之后確定單機容量。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型。第四，需要對配套的設備進行投資評估，之后再有效地估算風電機組的價格。第五，有效地了解設備的有關參數，并保證其控制方式的先進性和成熟性，并在之后做好技術經濟的哦比較工作。第六，先要對機器的成本進行全面的了解，之后再有效地做好控制工作。第七，利用軟件計算出整個過程中的發電量。一般而言，只要嚴格地按照上述的原則來進行風電風機的選型，才能夠選到合適的風電風機設備。

4 風機組選型時的注意事項

在進行風機組選型的過程中，需要注意如下幾點內容：第一，根據《風力發電機組安全要求》的規定，可以先分析輪轂的年平均風速和湍流的強度，從而將風電機組分成4個等級。在實際執行的過程中，可以根據風機的地址選擇有效的安全等級。最后再根據氣溫的范圍來確定標準型號的機組。在沿海地區，大家也需要對風機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的機型，從而也就能夠在減少風電機組數量的基礎上增加發電量。這樣也就能夠在減少土地面積和吊裝次數的基礎上來提高經濟效益。采用大型的機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找到備用品。第三，應該注意風機組本身的價格和基礎費用。如果單機容量在建設時表現的不同，那么應該先比較配套設備和設施的費用，之后盡可能地選擇價格較低的設備。第四，廠家應該設置專門的服務機構和服務設施來負責風機的維修。

5 實際運行案例分析

5.1 風電場運行的情況

在建設安城風電場一期的過程中，2012年3月33臺風機全部并網發電，2013年累計實現11144.7萬kWh的年發電量，設備的利用率一度高達99.32%。

5.2 投入運行設備的主要原因和處理方式

設備在運行的過程中主要會出現如下幾點故障：第一，設備在運

（下轉第155頁）

（上接第182頁）

行的過程中出現嚴重偏航的現象，在更換接觸器之后有所好轉。第二，在使用的過程中，設備內部的葉片損壞，需返廠進行維修。第三，葉輪轉速和發電機的轉速出現多次不匹配的現象，需及時更換風輪的轉速和傳感器。第四，風電機組在使用過程中出現通訊中斷的現象，更換了頂部控制器插板。第五，在使用的過程中，葉片出現了開裂的現象，雷桿出現了斷裂的現象，需返廠進行整改維修。第六，在使用的過程中，變槳的電池出現故障。是因為電池質量不佳和老化造成的，需要及時更換電池組。第七，氣象站設備出現質量的問題，在更換了風速儀之后逐漸好轉。第八，滑環在使用的過程中存在設計缺陷，后在更換滑環之后使得其質量變得更好。第九，風電機組在使用的過程中經常會出現包括葉片被損壞、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。在找相關人員進行維修之后，故障得以排除。

以上這些故障多數都是由于設備本身的質量引起的，但是在及時調試之后都可以讓其有效地恢復運行，并在使用的過程中不存在較多的安全隱患。

6 設備質量和售后評價

風機的變槳電機內部的軸承出現了較高的故障。在經過檢查之后不得已加大了變槳電機制動力矩，并驗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，經常會因為變槳系統內部的容量不足，從而使得變槳機電、驅動模塊和其他部件經常出現被損壞的現象。另外，風電變頻器系統在第一年運行的過程中，其水冷系統經常發生故障，變槳蓄電池也經常因此出現老化，內部的曲線值也沒有能夠達到實際的理論值。

在建設的過程中還存在著如下幾點問題：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、元器件的產品說明書和其他資料，甚至也不能夠提供與風機控制相關的邏輯圖。第二，廠家的工作人員在風機設備投產之后不能及時到現場進行調試和消缺，之后沒有對有關人員及時進行培訓。

7 結束語

綜上所述，研究陸上風電風機設備的選型和運行的經驗顯得非常重要。這樣不僅能夠保證整個設備在更加合理的范圍內運行，而且還能夠提高整體的經濟效益，從而使得風電機組運行的更加穩定，最終保證風電機組更加安全可靠地運行。

參考文獻：

[1]李小潔，王鵬，王軍.南烏牛二級站主機組設備運行現狀及設計選型建議[J].現代農業科技，2016（09）：202-204.

[2]陳金楓.陸上風電風機設備選型與運行經驗[J].能源與環境，2016（05）：60-61.

[3]陳新本.變頻調速設備在電廠輔機設備上的應用[D].山東大學，2017（03）：59-63.

[4]薛曉丹，林海英.風力發電對生態環境的影響—以大連地區為例[J].北方環境，2017（03）：169-174.

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。