風力發電技術及其新型風機電控系統應用研究

摘要：風力發電技術在應對碳排放問題方面具有重大價值，這是一種清潔的發電方式，風力發電機組主要布置在露天的野外環境，工作條件相對苛刻。新型風機電控系統可對電網參數、氣象條件、設備運行狀態等實現有效的監控，進而對風力發電機組的啟停、安全運行等實現控制。以下從技術層面研究了新型風機電控系統，在風力發電中的具體應用策略。

關鍵詞：風力發電技術;新型風機電控系統;應用

引言：

風機電控系統用于對風力發電機組的運行狀態進行實時監控，并且根據環境參數、電網參數等控制機組發電過程，新型風機電控系統具備強大的自動化控制能力，能夠實現全方位的數據采集、數據監控，并且對部分機組設備的運行起到控制作用，新型風機電控設備在現代化風力發電技術中越發重要。

一、風力發電技術

風力發電技術是利用自然界中的風能推動轉子葉片，然后將其以機械能的形式傳遞到轉子軸心上，而軸心和發電機組的低速軸連接在一起，這樣就實現了風能—機械能—電能的轉換，在當前控制化石燃料使用的大背景之下，這種技術的應用價值受到了廣泛的認可[1]。風力發電設備主要包括以下幾個部分：①發電機。風力發電中使用的發電機主要包括兩種類型，一種是異步發電機（也可稱為感應發電機），另一種是同步型發電機，典型的為永磁同步發電機、電勵磁同步發電機等。按照葉片布置形式上的差異可將其分為水平軸風力發電機和垂直軸風力發電機。②轉子葉片。風力發電機依靠風力驅動，而轉子葉片是其捕獲風能的核心組件，葉片包括單葉、雙葉以及三葉等多種類型，現階段主要利用碳纖維復合材料制作高性能的風機葉片。③風機塔。這一部分用于搭載發電機機艙、轉子葉片，因為高空出沒有過多的遮擋，風能也更為豐富，因而塔身一般可達到40～60m。表1中列舉了風力發電機組中的其他組件及其功能。

二、新型風機電控系統及其應用

（一）系統構成

1.風力發電機組控制單元

風力發電機組長期運行于惡劣的環境中，設備的運行及可靠性受到雨水、灰塵、高溫、低溫等各種因素的影響，進而引發各種類型的故障。在其整個控制系統中，發電機組控制單元是最為核心的設備，部署在各個位置，監控不同設備的運行狀態，常見的組件包括了變流器、UPS電源、現場總線通訊系統、以太網交換機、現場主控制器等[2]。這些組件分散部署在發電機組的機艙以及塔筒內。

2.遠程監控

新型風機電控系統具備較高的自動化管理水平，大部監控數據都顯示在屏幕上，管理人員通過電腦直接觀察機組運行狀態。其主要由網絡通信系統、計算機、服務器、軟件、數據庫以及顯示器等軟硬件組成

（二）系統功能及應用

1.數據采集

①電網參數。電控系統在機組運行過程中要實時監控電網的參數，具體包括了電網三相電壓、低電壓、過電壓、電網頻率等;②氣象參數。對影響發電效果的氣象參數進行數據收集，包括了環境溫度參數、風向以及風速等數據，這些數據對葉片捕獲風能的效果產生了很大的影響，因而在數據采集階段要提前掌握相關信息;③機組狀態參數。除了環境因素和電網因素，風力發電機組各類設備的運行狀態也是非常重要的數據采集對象，具體包括了葉輪轉速、發電機轉速、齒輪郵箱溫度、油壓、機艙溫度等。

2.控制發電機組的啟停和發電功能

風力發電系統不同于火力發電，其發電量隨著風能而不斷變化，因而呈現出不穩定的特點。在啟動發電機組之前要密切關注電網當前的狀態以及環境條件，當其都滿足啟動的條件時才可實施，與此同時，還要通過系統偏航裝置來調節葉片方向[3]。機組在電控系統的作用下逐步轉動起來，進入到待機狀態。風力發電機組并網發電具備一定的要求，那就是風力發電機組定子輸出的電能和電網在各項參數上保持一致，如相位、頻率等。電控系統要對這些數據實施監控，并將其作為控制變流器的依據。雖然風力發電機組的葉片可在各種狀態下轉動并實現發電，但是最好將其限定在發電效率較高的狀態下，電控系統會通過對葉片轉速的調節來控制機組功率，使其處于最佳葉尖速比。

3.遠程監控系統的功能

現代化的智能風力發電系統基本上都采用了遠程智能監控技術，系統通過軟件、計算機、以太網等方式將風電設備的運行參數實時地顯示在電腦屏幕上，并通過軟件系統向管理人員提供了操作的界面和入口，這些電控設備可顯示出每一臺機組的瞬時發電功率、在特定時間段內的累積發電量以及電機轉速等數據信息[4]。

4.監控發電機運行參數

在實際運行當中，發電機組的軸承溫度、線圈溫度以及滑環室溫度對其安全性具有重要的價值，因而在運行的過程中要對這些溫度參數進行實時監控，必要時要對其加熱或者降溫。電控系統利用電加熱器和冷卻風扇來實現溫度控制。

三、結束語

綜上，新型風機電控系統利用各種軟硬件設備采集、顯示以及控制風力發電機組的運行，同時還能提供氣象數據支持、電網運行參數檢測等功能。風力發電機組的啟停、發電效率調節、轉速控制、安全控制等均可借助電控系統來實現。

參考文獻：

[1]程鵬.風力發電技術及其新型風機電控系統的應用分析[J].中國科技投資，2017（24）.

[2]楊益飛，張伏春，顧立鵬，等.新型風機轉軸組件及其控制系統的發展綜述[J].機械設計與制造工程，2017，046（008）：11-15.

[3]周盛.變頻技術在風力發電機組及風機電氣系統中的運用實踐[J].軍民兩用技術與產品，2018（18）：2.

[4]嚴強.創新型風機的設計方法和風電技術的發展方向[J].風力發電，2018（1）：1-7.

作者簡介：姜楠， 1989年07月，男，漢族，籍貫：吉林省白城市，學歷：大學本科，職稱：助理工程師，研究方向：風力發電類