摘要：风力发电技术经过几十年的发展，已经实现了全国连网并列运行，机组容量达到兆瓦级，机组机械控制实现变桨距运行和双馈异步，在技术上不断实现新的突破，部分技术达到了世界先进水平。但是，由于风力发电的部分技术难题仍没有得到更好的解决，导致风力发电机组运行维护工作水平有待于提升。因此，做好风力发电机组的控制及运行维护工作尤为重要。
关键词：风力发电机组；控制；运行维护；技术
1风力发电机组控制
1.1定桨距失速风力发电
这项技术起源于80年代中期，之后在市场中占据很大比例，用于解决并网、运行控制等方面的问题，主要包括以下技术：软并网、自动解缆和空气动力刹车。安装过程中，桨叶节距角已确定，机组转速主要由电网频率来控制，而输出功率则由桨叶自身基本性能控制。如果风速超过额定转速，则桨叶可以采用失速调节将功率控制在一定范围内，依靠叶片特殊结构，在遇大风后，从叶片背面经过的气流将出现紊乱，影响叶片的气动效率，对能量的捕获造成限制，最终产生失速。考虑到失速为典型的气动过程，十分复杂，当风况较不稳定时，难以准确得出实际的失速效果，因此在超过MW级的机组中往往很少使用。
1.2变桨距风力发电
在空气动力学方面，如果风速相对较高，则可通过对气流的改变和桨叶节距的调整来改变机组动力转矩，确保输出功率可以保持平稳。通过对变桨距这一调节方式的应用，能使输出功率的变化曲线保持平滑，阵风情况下，基础、塔筒和叶片冲击，比之前提到的失速调节小，能减少材料实际利用率，并减轻机组的整体重量。这一控制方法的缺点在于必须要有一套完善且复杂的机构来实现变桨距，能对阵风有极快的响应速度，以此从根本上减小或避免因风力波动产生的功率脉动。
1.3主动失速/混合失速发电
该技术是上述两项技术的合理组合，在低风速情况下，通过对变桨距技术的应用来提高气动效率，在风机功率达到额定值后，按照与变桨距调节相反的方向对桨距进行改变。该调节方式会使叶片攻角产生变化，使失速现象更加深入，确保功率输出保持平滑。因此，它综合了以上两种控制方法的特点及优势。
1.4电气控制技术
对风力发电机组进行电气控制，能够有效降低安全事故发生几率，提高发电效率及机组运行稳定性。风力发电机组的电气控制系统主要由主控制器、电量采集、无功补偿、偏航与自动解缆等系统构成，使得机组在运行过程中，按照设定好的参数，对转速、功率等进行自动化控制。电气控制系统由硬件和软件两大系统组成，硬件主要是采用单片机或者是PLC技术。两者在性能方面各有优缺点，一般在设计时，根据不同的需求、环境、特点进行选择。而软件主要为模块化结构的控制程序，合理编写主控制程序、事件处理子程序、定时中断程序、紧急停机程序等，从而实现对机组正常运行、监控、故障处理等的自动化监测与控制。
1.5智能控制
对于风力发电系统，其控制策略按不同控制器可分成以下两类：①基于数学模型的控制策略，属传统控制策略；②基于智能技术的控制策略。因空气动力学存在一定不确定性，且电力电子模型十分复杂，所以机组本身就是一个极为复杂且多变的系统，容易受到干扰，存在不确定性，导致系统难以借助数学模型进行描述，因此，传统的控制策略已经不再适用。因智能控制能最大限度利用不同功能来解决参数时变问题和非线性方面的问题，所以智能控制成为当前风机主要控制方式。
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1.5.1模糊控制
对于模糊控制，它属于典型智能控制，最大的特征在于将专家知识与经验表示成一种语言规则，在控制中直接应用。它克服了对数学模型的依赖性，可解决非线性问题，而且对调节对象相关参数还有一定鲁棒性。因风力发电为具有随机性的系统，所以在风力机控制领域，该控制方法十分适用，尤其是在风能获取、功率保证等方面，效果十分突出。对于笼型异步发电机，模糊控制器的合理应用能对发电机转速进行跟踪，使空气动力效率达到最大，对轻载进行计算时，确保速度控制具有鲁棒性，以功率偏差为依据，结合额定风速，获得最大功率。然而，该控制模式也存在精度不高和容易产生稳态误差的问题，需要相关学者和专家开展进一步的分析研究，以弥补不足，提高自适应能力。
1.5.2神经网络控制
对于人工神经网络，它能逼近所有类型的非线性模型，并利用自学能力，形成具有自适应能力的控制器。风力发电系统中，引入神经系统后，可将现有数据为依据，对风速产生的变化进行准确预测。在变桨距系统中，利用神经网络技术，能在在线学习的基础上，对相关特性曲线进行修改，使风能获取达到最大，同时降低负载力矩，以风速数据与机组动态特性为依据，构建控制模型。以数据为基础的学习是当前智能技术关键所在，实际研究从数据的观测角度出发，找出规律，并通过对这些规律的应用来预测数据，实现工业过程有效控制。主要学习方法有：①模式识别；②神经网络；③支持向量机。风力发电系统当中，需从获得大量相关参数入手，对机组特性及性能施以深入分析。基于此，将以上以数据驱动为基础的学习方法和转换系统控制充分结合，可从根本上解决控制方面的问题，并为开关磁阻发电机等的引入创造良好条件。
2风力发电机组的运行维护技术
2.1日常维护检修
风力发电机组的运行维护工作，由远程操作与现场维护两部分构成。远程操作通过风力发电机组控制进行远程控制维护和故障排除。风力发电机组的电网电压、温度控制、网速适应等可以通过远程复位和自动复位进行维护。远程控制系统还能够对发电机组的运行参数进行自动收集，对风况数据、功率输出等进行收集和远距传输，为控制人员提供维护参考数据，实现日常远程维护。同时，系统还能够对机组故障进行分析，减少停机时间，提高机组利用率。而定期检修和日常维护工作及部分故障排除是需要到现场开展的。定期检修主要是检查风机联接件之间的螺栓力矩、传动部件的润滑测试，如发现问题要及时进行维护和修理，确保机组正常运行。日常维护则主要是针对风机内外部各部件进行检查维修，如安全平台、升降机、液压站、控制柜、刹车闸盘、轴承、风轮声音等方面，以及工作平台的清理等工作。日常维护有利于及时发现故障隐患，实施预防措施，提高设备的完好与稳定运行。
2.2故障处理
风电机组具有持续运行时间较长、体积与自重大等特点，这对维护和检修有较大的影响。若部分细节问题未能及时发现，则会使其不断积累成更严重的故障，对机组实际运行造成严重影响。对此，机组故障检修至关重要，需要关注以下几方面内容：①设备状态检修，以日常维护为基础，对机组及设备的运行情况进行准确判断，及时发现并解决实际问题；②预防性检修，根据机组实际运行规律与相关技术标准，对机组所有部件实施定期检修处理，包括更换、紧固和调整等。预防性检修主要针对的是小部件；③故障维修，当机组中的大型部件与电气系统产生故障时，机组可能停止运行，需对重要部件进行修复与更换。
结论
风力发电是新能源领域中发展较快的分支之一，技术相对成熟，效益可观，已经成为替代传统能源的重要部分，对于环境保护、经济社会发展等均有重要作用。因此，做好风力发电机组的控制及运行维护工作十分重要。
参考文献：
[1]庞渊.风电机组典型事故及预防措施分析[J].中国高新技术企业，2017，（10）.
[2]李涛，程小华.双馈风力发电机及其运行方式的研究[J].防爆电机，2017，（01）.
论文作者:冯瑞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：机组论文; 技术论文; 系统论文; 风力发电机组论文; 风速论文; 风力发电论文; 功率论文; 《电力设备》2018年第27期论文;