淺談風力發電機及風力發電控制技術

馬黎明

【摘?要】風能作為一種清潔新型能源，可以有效緩解能源危機，推動社會經濟持續增長。風力發電技術經過不斷的完善和創新，逐漸成為新型清潔能源中重要組成部分。本文在分析風力發電機常見故障節解決措施的基礎上，就變速恒頻風力發電控制技術進行探討，最后闡述了智能化技術的應用。

【關鍵詞】風力發電機;風力發電;控制技術

1風力發電機運行中存在的故障問題

1.1發電機葉片故障

葉片是整個風力發電機的重要組件之一，其作用非常大，葉片的好壞可以影響到風力發電機的發電效能以及基礎性能。實際上，風力發電機的葉片經常性的發生故障，即發電機葉片故障問題占據整個故障發生原因的30%。

1.2風力發電機變流器運行異常

風力發電機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速下輸出端的電壓，具體的控制原理其實就是保持變流器中電壓幅度以及頻率與電網電壓幅度以及頻率一致。風力發電機變流器運行異常的原因可以從散熱不均來分析。現階段的變流器散熱方式有風冷、水冷兩種形式。主要是針對變流器柜體進行散熱，因為柜體的溫度一旦過高，就會影響到內部的熱敏感元件以及線路的穩定運行，導致變流器運行異常。變流器主要是通過斷路器進一步實現阻斷電流，達成短路保護功能的，因此要是出現變流器運行異常情況，就會影響斷路保護功能的發揮。

1.3發電機振動異常

發電機振動是評價電路質量的重要標志之一，因為要是太強烈的發電機振動會破壞發單機的穩定，導致發電機的大軸斷裂，影響風電廠的安全生產，同時還會降低整個風電廠的經濟效益。因此，發電廠勢必要保持穩定的發電機振動。而出現發電機振動異常因素可能為發電機設計理念不符合電力廠加工技術要求，或者是發電機的零件部質量以及精度沒有達到要求。當然，也有可能是發電機工作量太大，導致發電機出現振動異常現象。

2風電場電氣設備中風力發電機的故障處理措施

2.1發電機葉片故障的處理措施

發電機葉片故障一旦發生，機組就要停止運行風力發電機，然后迅速的進行發電機葉片的故障排除工作。如果沒能有效排除發電機葉片故障，就要進行具體的風力發電機葉片的更換，進一步消除發電機葉片故障問題。但是這樣風力發電廠的經濟成本就會大幅度的提升。

2.2風力發電機變流器運行異常的處理措施

通過定期維修能夠及時發現發電機存在的變流器運行故障，進而采取恰當的方法進行處理。由于風力發電機變流器運行異常的原因主要有散熱不均，因此可對局部過熱現象進行關注，對冷卻風扇進行清潔、吹灰、打機油等維護保養工作。

2.3發電機振動異常的處理措施

在進行風力發電過程中，出現了異常振動噪聲，那么其識別和消除振動噪聲的位置不容忽視，應予以重視。如果傳輸系統出現了故障，那么應對溫度和振動等情況進行相應的檢查，防止問題的發生，并對已出現的故障進行及時處理，確保風力發電正常，滿足相應的要求。

3變速恒頻風力發電控制技術

隨著科技進步，國內外關于變速恒頻發電系統的研究朝著多元化發展。其主要由變速恒頻的發電機組來決定，起到最重要作用的就是發電機和電力電子交流裝置。基于此，常見的兩種系統如下：一種是交流轉直流再轉交流式發電系統，另一種是交流勵磁式變速恒頻發電系統。

3.1交流轉直流再轉交流式發電系統

該風力發電系統中，發電機和電網之間經過變頻器與變壓器處理轉換后，在此運行過程中發電機的轉速也會根據風速的變化而隨之發生變化，產生的交流電經過整流器，將交流電經過處理后變為直流電，然后逆變器再次將直流電轉換成固定頻率的交流電，最后將產生的電能傳輸到電網。該系統選用的電動機比較常見的為鼠籠式異步發電機。

3.2交流勵磁式變速恒頻發電系統

主要由3部分構成：控制電路、雙向變換器和雙饋感應發電機。其工作原理是將發電機的定子并到電網上，進而轉子經過勵磁變換器和進線電抗器連接到電網;再利用風能轉化為機械能來驅動機械旋轉，所生產的機械能可以轉換到發動機的轉子上，以此來驅動發動機的轉子，最終將機械能轉換為電能，利用定子繞組將電力傳送到電網，完成發電過程。發電機轉速隨風速改變而改變。如果是由于風速引起的變化，則可通過調節轉子進而達到對電流頻率的改變，最終實現保持定子頻率不發生改變。

3.3變速恒頻風力發電關鍵技術的優點

通過對上述兩種發電機分析，變速恒頻對風能的轉化利用率較高，且變速恒頻風力發電機能夠實現最大功率運行。相較傳統的恒速恒頻風力發電機而言，年發電量將提高20%，運行效率大幅提升，且使風力發電機運行時間延長，最終達到輸出功率大、運行效率高的效果。變機電動力系統間的剛性連接為柔性連接，能夠延長風力機的壽命，減少疲勞損壞。在該發電系統控制技術中，矢量控制調節勵磁不僅可以獨立調節有功功率和無功功率，還可以自動調節電網頻率因數，進而改善電力系統的動靜態性能。變速恒頻發電機技術的實現，為風能發電開啟了新紀元，加速了新能源替代舊能源的步伐。在該系統中，噪聲在不斷減小，且能輸出更高的電能質量，正在逐步實現計算機自動化控制管理。

4風力發電自動化控制系統中智能化技術的應用

4.1傳輸系統數據整合分析

風力發電自動化控制系統需要在傳輸系統（物理鏈路及設備）的運用下，才能進行數據傳輸。而將智能化技術融入風力發電自動化控制系統中，ICP/TP傳輸協議得到了全面應用。標準化后的傳輸協議，也必然能夠共享傳輸系統，一套綜合布線系統與網絡設備能將不同系統內部及彼此間的通信解決。基于公共局域網的智能化系統共享同一傳輸網絡是沒有問題的。通過分析技術即可了解，風力發電自動化控制系統用戶端設備依托公共局域網、寬帶路由器進行互聯網云端服務器的訪問方可實現智能控制。可視對講系統用戶端屬于用戶室內的一種共享設備，應當能夠訪問風力發電系統局域網，同時也可在管理系統內局域網的運用下訪問Internet，在網絡合理規劃之后方可達成。

4.2強化技術分析和應用

現如今，風力發電自動化控制系統展現出了相當迅速的技術發展速度，互聯網上逐漸出現一系列風力發電自動化控制系統智能化及設備控制方向的資料、技術，通過物理鏈路與協議對接技術，風力發電智能系統用戶端設備便可實現對不同風力發電設備的控制。

4.3智能感應技術的應用

風力發電場中要想充分運用智能化電子設備，那么就應當對風電場的智能電網進行建模并運用，而要有效控制復雜而又龐大的智能電網，最為關鍵的便是監測整個風電場的設備，隨后整合獲取的設備信息及相關設備運行情況。智能感應器、無線感應器及光纖感應器等感應器的應用，可為智能風電廠的正常運轉提供支撐，同時在智能風力發電廠及其他多種設備運行環境下，可調取出變電器需求的信息。

結束語

智能化風力發電自動化控制表示在智能化、大數據、云計算及人工智能等現代信息技術的運用下，以風力發電機組日常運行維護、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。我國電力能源的來源中，風力發電逐漸呈現出更重要的地位。將互聯網及智能化技術融為一體的智能化風力發電自動化控制這一新型管理模式，能夠有效解決產生于風力發電推進期間的各類管理問題，保障風力發電場運行的正常與穩定。

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