風力發電機組變槳系統狀態監測與故障診斷探討

馮 濤

（國華（江蘇）風電有限公司，江蘇 東臺 224200）

隨著世界各國人口數量的快速穩定持續增加，宏觀經濟事業領域總體性建設發展規模的持續擴大，各類資源要素的總體消耗數量持續增加，引致發生種類多樣的亟待加以解決處置的嚴重問題。在全世界范圍內，指向能源資源要素提出的需求數量，以及實際消耗數量的逐漸增加，特別是圍繞煤炭能源資源等非可再生性能源資源要素，以及圍繞生物能源資源要素等常規類型能源資源要素實施的超限度使用行為，給自然生態環境體系施加較為嚴重且無法逆轉的損害，類型多樣的環境污染破壞問題逐漸突出。擇取運用適當措施控制降低環境污染破壞問題的嚴重程度，是世界各國民眾迫切需要加以解決處置的基本問題。在此背景下，低碳經濟思想的生成與貫徹踐行理所應當。低碳經濟發展進程中的主要特點在于能源消耗水平較低，污染問題嚴重程度相對較弱以及排放量相對較低等，而在實現上述技術控制目標過程中，具備可持續再生屬性特征的風能資源要素，能夠發揮關鍵性技術作用，且能支持助推風力發電產業經濟事業領域的優質持續歷史發展進程。從整體性視角展開闡釋分析，風力發電生產技術方法與傳統的火力發電生產技術方法相對比，其不但具備顯著而又鮮明的高效性特點和清潔性特點，且其能夠支持發電生產企業組織獲取到較為可觀的經濟收益，是能夠充分適應契合現階段世界能源事業總體發展趨勢的新型發電生產技術方法，具備著廣闊而又充分的未來應用發展前景。

1 風力發電機組變槳技術系統故障的常見類型

當前發展階段，基于風力發電場內部運用的變槳控制技術系統主要有兩種：一是液壓變槳控制技術系統；二是電動變槳控制技術系統。

從基本的組成結構角度展開闡釋分析，電動變槳控制技術系統主要經由伺服電機技術設備、獨立控制技術系統、傳感器技術組件（主要涉及包含葉片角度位置傳感器技術組件，以及2 個限位開關技術組件）、驅動器技術組件、繼電器技術組件、變速箱技術組件、后備電源技術組件（通常為超級電容器技術組件）等技術組件加以組成。

常規情形下，在風力發電機組設備保持正常穩定運行狀態條件下，其通常需要結合利用風力技術系統提供的外部接入交流電源，而在電網技術系統發生故障問題或者是發生外部斷電問題條件下，電動變槳控制技術系統內部安裝配置的超級電容技術組件能夠自動化地切換成后備蓄電池供電技術模式，繼而實現冗余電源保護技術狀態，確保風力發電機組設備能夠及時而又安全地推進完成收槳技術環節[1]。

考慮到電動變槳技術系統的結構特征，現階段將其運行過程中發生的技術故障問題劃分成如下表現類型：（1）變頻器技術組件或者是驅動器技術組件發生通訊中斷故障以及損害故障；（2）伺服電機設備的運行電壓技術參數項目缺乏穩定性或者是發生過載損壞問題；（3）因編碼器技術組件發生技術故障問題引致數據線技術組件接觸狀態較差；（4）變槳限位開關技術組件未呈現返回現象或者是實際所處的安全技術位置不夠準確等。備用電源技術系統（超級電容技術組件）是變槳技術系統內部最容易發生技術故障問題的結構組成部分，尤其是在風力發電機組設備運行使用過程持續時間超越兩年之后，其通常有較大可能性會發生指向部分數量比例蓄電池產品的老化問題，繼而誘導其實際對外提供的電壓技術參數項目呈現出明顯波動現象，繼而伴隨著風力發電機組設備使用時間的逐漸延長而提升技術故障發生可能性。

液壓變槳技術系統遵循的控制原理，就是在控制技術系統運行過程中，將檢測技術信號視作驅動力量，將液壓油物質視作傳動介質，將控制閥塊技術組件視作控制技術元件。變槳控制技術過程，本質上需要借由針對氣缸活塞桿技術組件的徑向運動過程轉變調整成葉片技術組件的圓周運動過程加以實現，鑒于此種情況，該控制技術系統通常也被稱作電-液伺服變槳技術系統。液壓變槳技術方法是最近若干年間新近興起并且得到推廣運用的變槳技術方法，其在具體運用過程中發生的技術故障問題主要有：（1）液壓變槳超限技術故障：該種技術故障問題的發生，能夠在某種程度上影響破壞風力發電機組運行過程中的發電生產能效水平，以及圍繞風能資源要素的總體可利用率；（2）變槳不同步技術故障，該種技術故障問題的發生，能夠引致液壓回路技術結構無法及時有效地推進完成指向流量的控制技術環節，促使風力發電機組設備的三個葉片技術組件的最大變槳角度與最小變槳角度之間差值遠遠超越技術系統的預設數值，繼而引致三槳葉技術組件實際所處位置呈現出不同步現象[2]。

2 開展狀態監測工作與故障診斷工作的重要意義

風力發電生產技術方法不但基于保護自然生態環境層面能發揮優質效果，其還能有效改善紓解不可再生能源資源要素面對的基于供應數量相對不足方面的壓力，其在支持助推我國現代電力能源工業領域的優質穩定可持續歷史發展進程方面，具備關鍵性影響意義。

伴隨著改革開放歷史進程的快速穩定持續深入推進，以及我國各級政府相關職能部門下大力度支持助推新能源產業經濟領域的優質穩定發展進程，間接上支持風力發電機組設備在我國獲取到較為廣泛的安裝配置和運行使用。

特別是最近若干年間，伴隨著大型風力發電機組設備（以兆瓦級別占據主導地位）的總體裝機容量水平呈現出逐年持續增大變化趨勢，繼而在技術系統的基本組成結構相較過往展現出更高復雜程度情形下，既往運用過的技術故障問題解決處置方法已經無法滿足新型風力發電機組設備技術故障問題處理過程中呈現的客觀實際情況，圍繞大型風力發電機組設備加以運用的故障診斷技術方法和解決處置方法已然成為影響制約我國風力發電產業經濟領域宏觀發展趨勢的關鍵性因素。

一般條件下，風力發電機組設備的安裝設置位置均處在與城市居民居住生活區域具備較遠距離的郊外，其具體所處的綜合性技術環境條件相對惡劣，特別是在直觀真切面對夏季暴曬天氣環境或者是雷雨天氣環境，以及冬季低溫冰雪天氣環境等類型多樣的惡劣天氣環境條件下，其內部各類技術零部件發生損壞事件的可能性通常會超過半數。

除此之外，源于風力發電機組設備更新換代時間進程顯著超越風力發電機組設備維修技術方法的發展演化進程，客觀上會伴隨著風力發電機組設備運行過程持續時間的逐漸延長，風力發電機組設備會涌現出種類多樣的技術故障問題，也就是基于風輪葉片技術組件，變流器技術組件，齒輪箱技術組件，變槳技術系統，軸承技術組件，發電機設備，以及偏航技術系統等多個技術結構組成部分中均呈現出表現程度顯著的技術故障問題，且在情形嚴重條件下，會引致風力發電機組設備難以維持正常穩定運行技術狀態。

在風力發電機組設備運行過程中發生技術故障問題條件下，若未能及時開展處理技術環節，則一旦發生無法簡單修復的技術故障問題，通常必須將風力發電機組設備送歸專業生產制造廠家開展維修處置環節，或者是調動來源于生產制造廠家的專業技術人員前往風力發電機組設備安裝使用現場開展零部件更換處置環節與維修處置環節，客觀上不但需要消耗數量較多的人力資源要素和時間要素，且還有可能性引致發生較為嚴重的經濟損失結果。

鑒于上述背景，圍繞風力發電機組設備推進開展的定期維護工作環節，以及實時監測工作環節，是現階段我國風力發電事業發展過程中需要關注的重點方面[3]。

3 風力發電機組變槳技術系統故障的狀態監測具體思路

假設變槳電機技術設備的溫度技術參數項目為T，超級電容技術組件的電壓技術參數項目為V，則變槳電機技術設備溫度技術參數項目的預測殘差可以用公式（1）加以表示：

在公式（1）中，T*表示的是預測的變槳電機技術設備的溫度技術參數項目。變槳技術系統超級電容技術組件的電壓技術參數項目預測殘差可以用公式（2）加以表示：

在公式（2）中，V*表示的是變槳技術系統內部超級電容器技術組件對應的電壓技術參數項目數值。本項研究將變槳技術系統內部電機設備對應的溫度技術參數項目相關數據視作具體需要展開驗證處理的數據項目[4]。

從圖1 中列示呈現的相關信息可以知曉，在正常化技術工況條件下，變槳技術系統內部電機技術設備溫度技術參數項目的實際取值表現出相對平穩狀態，但是，也未能完全徹底規避技術誤差問題的發生。

圖1 變槳技術系統溫度技術參數的殘差數據描述曲線

假若殘差的實際數值超越特定化的控制范圍，也就是超越預先已經明確設定的閾值，則通常可以將此種情況下的技術狀態判斷確定成風力發電機組設備變槳技術系統的基本運行技術狀態已經出現異常問題。

本文借由引入運用特定化的閾值，針對風力發電機組設備實際所處的運行技術狀態展開衡量分析。

在選取閾值過程中，需要注意部分基本技術控制要點。源于風力發電機組設備實際所處的運行技術狀態，極易因具體所處的外界自然環境條件變化而發生某種改變，繼而引致實際獲取的運行技術狀態描述數據信息，在內容組成方面展現出顯著而又鮮明的隨機性特點和偶然性特點[5]。

從另一個角度展開闡釋分析，本項研究中引入的圍繞變槳技術系統電機技術設備溫度技術參數項目的預測分析技術模型，是根植于數量繁多的歷史性樣本數據信息，擇取利用過程性記憶矩陣完成建模處理環節的，客觀上引致風力發電機組設備在維持正常化運行技術狀態條件下不同狀態區間對應的概括能力通常會呈現出顯著差異。

4 結語

綜合梳理現有研究成果可以知曉，變槳技術系統是風力發電機組設備中的重要結構組成部分，其具體運行使用過程中發生技術故障問題的可能性相對較高，立足于風力發電機組變槳技術系統完整化運行使用過程，采取適當措施做好運行狀態監測技術環節與故障診斷技術環節，能夠支持獲取到優質化技術作用效果。