風力發電機組控制及運行維護技術探究

南昌科晨電力試驗有限公司 李詣烽 談紫星 唐新宇

1 引言

隨著當今時代高速發展，風力發電已然成為社會發展對電力能源需求的全新發電方式，并在當前科學技術不斷進步的背景下愈發全面。風能是當前非常普遍的一種清潔能源，應用范圍廣泛普及，風力發電機組的建設規模也隨之擴大，風力發電機組控制和運行維護是其中主要工作，與其運行穩定性和安全性息息相關。為提高風力發電機組運行水平，相關人員需要結合實際分析其中問題特點，充分了解風力發電機組運行原理以及影響發電機運行的因素，采取科學合理的控制及運行維護技術，增強風力發電機組控制及運行維護能力，從而促使風力發電得到有效保障。

2 風力發電機組控制及運行的影響因素

一般情況下，風力發電機組的核心部件是固定的，因此有關工作人員在對其檢測過程中，需要對這些核心部件及時檢查，從而促使風力發電機組能夠正常運行。工作人員首先要檢查變槳控制系統，其最常用方式就是判斷接觸器是否能夠達到更好的吸合狀態，在檢查過程中需要注意，斷電之后才能檢查，避免出現觸電等意外情況，同時也可以通過測量電阻的方式檢查，一旦測量時發現電阻無窮大，可證明這個部件已經受到損壞。其次是檢查變頻器控制系統，此系統可以有效地利用硬件、軟件調節發電機的重點部位，所以對其進行檢查非常重要。工作人員在檢查過程中需要檢查其閉合狀態以及運行的頻率和相位等，只有和電網保持一致才能夠發電，因此一旦定子接觸器產生任何問題，也會造成風力發電機組無法正常運行[1]。

3 風力發電機組控制技術

3.1 定槳距失速風力發電

如果現場風速超出額定值，槳葉會通過失速調節的方式把功率限定在合理的范圍內，提高葉片結構性能，在遭遇到大風之后，可以直接從葉片背后通過的氣流造成紊亂的問題，造成葉片氣動頻率無法達到規定的要求，也會影響風能的獲取，造成失速問題的存在。因為失速是非常典型的氣動操作過程中，其產生的原因比較復雜，在風況存在不穩定的情況后，就不能準確測定失速情況，該方面在超過MV 級的機組中無法應用。

3.2 變槳距風力發電

從空氣動力學的角度出發，如果風速超出規定的要求，就會利用氣流的變動和槳葉節距的改變可以調整機組轉矩參數，可以使得系統輸出頻率更加穩定。利用改變槳距的方式能夠保證輸出功率變動曲線達到平滑度的要求，在陣風的影響之下，基礎、塔筒、葉片沖擊比較之以前的失速調節相對較小，可以有效的減少施工材料的使用量，還能夠降低機組總重。但是這種方法也存在明顯的缺陷，相關人員要制定完善且復雜的變槳距結構，以此能夠及時掌握陣風變化情況，可以有效防止風力波動過大而出現的功率脈動問題。

3.3 主動失速/混合失速發電

主動失速/混合失速發電是綜合定槳距失速風力發電與變槳距風力發電的特點及優勢，其運行原理也同此兩種技術原理相似。在低風速時，可以通過變槳距技術有效提高氣動效率，待功率到額定值后，再改變槳距，在調節過程中，減少失速現象，保證功率輸出平穩[2]。

3.4 智能控制

在智能化控制中，模糊控制最為典型，其主要特點是把專家的知識和經驗表達為一種語言規則，并直接用于控制系統中。以此克服傳統的數學模型依賴關系，能夠解決非線性問題，并且具有較強的魯棒性。由于風能是隨機的，因此在風電機組的控制中，其應用非常廣泛，特別是獲取風能和保證功率方面。

在神經網絡控制中，能夠近似各種非線性模型，并通過自主學習的能力來構造控制器。在風力發電系統中，引入神經系統后，相關人員可以根據已有的資料，精確地預報風速的變化。在變槳系統中，通過采用神經網絡技術可以根據在線學習，修正有關特征曲線，利用風力資源和發電機的動力特性，建立風力發電系統的控制模型。學習數據是目前智能技術中重要問題，從觀察到的數據中發現規律，然后利用這些規律展開預測，以此實現高效的生產控制。在風電系統中，相關人員需要通過獲取大量的有關參數，金風70/1500機組各部件參數詳見表1，重量詳見表2。

表1 金風70/1500機組各部件參數

表2 金風70/1500機組各部件重量

4 風力發電機組運行維護技術

4.1 發電機的檢查與維護

在維護檢查的過程中，對發電機重點關注是非常必要的，在風力發電機組中，發電機是最基礎的核心部位，一旦在運行的過程中產生任何問題，都會導致機組整體出現癱瘓，所以工作人員在檢查的過程中，需要關注發電機是否產生異常聲響，和其他的風機比起來，被檢查的風機溫度是否突然升高，一旦產生這些情況，都需要對發電機進行仔細檢查，要檢查發電機潤滑系統是不是維持正常的狀態，同時發電機中的油脂是否根據規定要求加注。潤滑劑的使用可以減少磨損，讓發電機核心使用壽命有所提升。當然工作人員還需要盡量及時將發電機中的灰塵清除，使其散熱更快，減少因為灰塵或是其他微顆粒而導致的散熱循環不暢的問題，使電阻降低，從而導致絕緣損壞或是出現短路現象。

4.2 齒輪箱的檢查與維護

對齒輪箱進行檢查維護是非常重要的，要重點對齒輪箱中產生的異常響動以及潤滑情況等相關信息有所關注，同時還需要及時檢查相關現象，盡量防止有可能會導致齒輪箱出現斷軸或使軸承損壞等相關故障隱患，讓齒輪箱的使用時間有所延長[3]。

4.3 主軸總承的檢查與維護

在風力發電機組運行維護，工作人員在對主軸總承進行檢查維護的過程中，需要對軸承的溫度進行重點關注，同時還需要按照維護要求加注一些主軸的油脂，在加注過程中需要將原本的油脂擠出去，然后再將新的注入進去，防止新舊油脂之間現混雜的現象，一旦產生溫度異常升高的情況下，相關人員需要排除線路故障以及傳感器產生的故障，同時需要拆除軸承的前端來進行細致檢查，一旦檢查發現油脂已經變色，就需要及時將這些已經變色的油脂清理出去，同時，相關人員還需要加入一些新油脂。除此以外，相關人員還需要檢查保持架等相關部分，只有這些部分維持在正常運行的狀態，才能夠促使風電機組保持正常。

4.4 葉片的檢查與維護

工作人員在風電機組檢查中對葉片的檢查是非常重要的，因為葉片是非常關鍵的零部件，所以有效地維護葉片的正常運行可以降低成本，葉片損壞主要是因為腐蝕斷裂所引起的，其原因多種多樣，有可能因為外物導致的損壞，也有可能因為雷擊等自然天氣導致的損壞。所以，在風力發電機組運行維護，及時檢查葉片并對其進行維修，可以有效地維持葉片穩定的狀態，同時也可以延長葉片使用的時間，防止因為產生更大的缺陷而不得不更換葉片，造成極大的經濟損失。

5 風力發電機組運行維護策略

5.1 建立定期維護技術標準

在風力發電機組完成維護過程中，因為存在不一樣的標準以及不同規范，所以很有可能導致風力發電機組的維護質量無法達到理想效果，結合風電廠周圍的地理環境以及機組運行過程中的實際情況，工作人員需要及時進行溝通，并重新制定相應的維護標準，同時還需要提升項目維護管理的質量，及時刪減一些不必要的項目，讓項目維護具有更高的效率[4]。

5.2 完善考核機制

在風力發電機組運營過程中，及時對其實行維護是非常必要的，因此有關工作人員需要了解自身的職責，當然相關部門也需要制定考核指標以及考核機制，讓維護管理工作的質量獲得提升。有效的獎懲制度以及責任落實到人的要求，可以讓工作人員在工作過程中更加嚴謹，同時也更具有積極性對風電機組按時進行維護，并將其記錄在案，由相關工作人員及時進行抽調檢查，可以有效地保障維護工作不會產生缺漏，讓管理人員能夠在風電場管理過程中提升自身管理水準，同時也可以使維護質量得到優化[5]。

5.3 強化人員培訓

在完成風力發電機組維護過程中，專業人才是必不可少的，而在人員培訓的過程中，相關企業要利用專業技術提升工作人員的專業水平，并且讓工作人員的隊伍建設也能夠落到實處，使整體隊伍的質量都有所提升。要建立培訓基地，更加積極地讓風電企業獲得比較優秀的人才，同時還需要拓寬晉升機制，讓優秀人才能夠獲得更加廣闊的發展平臺，吸引更多優秀人才加入風電企業中。

5.4 及時解決故障

風力發電機在安裝之后，需要經過長期的運行，而系統結構的規模較大、高度高，所以進行維修管理的工作難度比較高。如果在日常管理中沒有及時發現故障問題，會從小問題逐漸發展成為大故障，最終影響機組正常工作。對此，管理人員要重視機組故障檢修。在日常維修工作中，要準確掌握其系統的運行狀態，如果存在故障問題，要立即采取措施進行處理，這是保證設備正常運行的重要性工作。在發電機組的大型部件、電力系統等結構存在故障問題之后，系統就無法正常地工作，在此過程中需要對大量部件、模塊全面檢查和更換，這種檢修的工作量大、任務重，維修成本也比較高，還需要加強管理和控制，以保證設備可以正常地運行。此外，故障維修階段，一般都要進行必要的改進檢修處理，也就是說在系統出現故障問題之后，對于存在的硬件缺陷、設計缺陷、系統協調性差等問題進行改進研究，可以有效提升整體結構性能，保證設備可以正常工作，從根本上降低故障發生率。

5.5 防雷維護

風力發電機組的安裝一般都比較高，并且處于視野開闊的地區，每臺設備的高度達幾十米甚至上百米，容易受到雷電的侵害。因此，機組設備的運行階段需要采取必要的防雷保護工作，這是風力發電機組維護的主要工作。因現代防雷技術體系水平比較高，可以滿足防雷的需要。在風力發電機組的防雷保護過程中，相關人員應該設置綜合性保護體系，其中包含外部、內部兩個系統。在設備中應該根據需要安裝接閃器、引下線、接地系統、屏蔽系統等。加強技術維護，保證硬件和軟件都能夠發揮出其重要作用，可以確保防雷效果達到要求，確保風力發電機組的運行安全性。

6 結語

風力發電是能源系統中重要組成部分，通過使用風能發電，具有非常高的清潔性，促使滿足人們用電時不會造成污染，符合當前節能環保理念，所以，相關需要加強風力發電機組的運行和維護，提升系統運行效果，以此促進能源行業未來發展。