淺析風力發電機組運行性能測試技術

計國濤

明陽智慧能源集團股份公司 廣東中山 528400

1 關于風力發電機組系統的概述

風力發電機組的技術原理指的是通過利用大自然的風能實施發電，風力發電機組則是通過技術的途徑將大自然的風能轉化為電能的一種機械設施。輪毅與槳葉是風力發電機組的核心組件。槳葉所具備的空氣動力能夠帶動風輪進行旋轉從而將大自然的風能轉換成機械能，進而利用齒輪箱增速驅動發電機把這種機械能最終轉化為電能資源。在當前的發展階段，雙饋變速恒頻風力發電機組得到了十分廣泛的應用，該機組的風輪槳距角能夠實現自由調節，內部的發電機也具有變速功能，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可。在低于額定風速的情況下，發電機充分利用改變轉速以及槳距角的作用令機組系統能夠在良好的尖速比的狀態下運行，從而輸出最理想的功率，在處于高風速的情況下，利用改變槳距角的方式令機組的功率輸出控制在額定功率的范圍內。 具有高效、性價比高、逆變器功率較小的優勢特征[1]。此外，調速的幅度達到 30%的額定轉速范圍，變流的容量僅僅維持系統容量的 30% ，MPPT 控制，與變速恒頻驅動無功功率、有功等 實現了獨立的控制。另一方面，因為風能具有不穩定以及捕獲最大風能的條件，發電機的轉速的變化是連續性的，并且頻繁地在同步轉速上、下之間存在波動的情況， 為有效促進風力機組能夠追蹤以及捕獲到最大的能量，從而保障電網對輸入電力所提出的條件。因此在這種情況下，風力發電機務必需要變速恒頻地進行運行。

2 關于風力發電機組的運行性能測試技術研究

2.1 機械載荷的測試

機械載荷的測試主要分為三個部分的測試，內容包括：（1）風力發電機組機械載荷測試系統。在通常的情況下，風力發電機組的機械載荷檢測系統通過把變電橋轉換為載荷信號的傳感器，從而實現對風力發電機組機械結構內部核心組件載荷狀態的測試。一般在信號調理裝置的內部中，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。而數據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，存儲裝置和數據顯示需要進行自動儲存時間序列、統計等方面的數據和，還要自動形成俘獲矩陣。（2） 風輪葉片根部彎矩的測試。在對風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變片，首先把應變片粘貼在葉片的內部位置，這主要是為了避免雷電或者相關的環境外力因素對應變片產生影響或破壞。在正常的情況下，應變片需要安設于葉片根部的圓柱形范圍內，全部應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在最低的水平。（3）載荷測試的數據處理。在一般的情況下，實現對風力發電機組的機械載荷的測試，首先要建立一個統計數據庫，同時還要采集到各種時間序列信息數據。風力發電機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隨機載荷，因此要涉及到俘獲矩陣將數據，進而有序和完整對所獲得的時間系列數據進行整理，并且將該數據作為研究風力發電機組機械載荷的根據[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的電壓變動以及工頻電壓包絡線的正常周期變化。閃變情況則指的是白熾燈的照度在由于電壓波動出現變化的情況下，人的肉眼對白熾燈照度發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。

2.3 諧波的測試

根據現行的技術標準，為了能夠有效限制電網諧波，我國出臺了諧波標準，這項標準方案主要適用于一些頻率為 標稱電壓 10kV及以下、 50Hz國家公用電網，目標在于有效地將公用電網中的諧波限制于被認可的幅度內，從而確保電網的電能質量，同時進一步預防因為諧波 的問題對用戶電氣設備與電網帶來威脅[3]。

3 結語

根據上述內容，對風力發電機組運行性能進行測試主要是為了掌握風力發電機組的運行情況，確認系統內部是否存在故障損壞的問題，進而對風力發電機組運行與維護奠定堅實的基礎，此外，通過加大對測試技術自主研發的投入，能夠提升我國發電機組的設計與制造水平，進而推動風力發電行業的可持續發展。