摘要：风力发电当前已经成为世界范围内的新能源领域重点项目，是对传统能源进行替代的新能源主要形式之一。当前我国在风力发电领域投入了大量资金与人力、物力，并在风能丰富的地区建立了众多风力发电项目。风力发电过程中，风力发电机组是最主要的部件之一。
关键词：风力发电；机组：控制；运行维护
1风力发电机组的分类
在进行风力发电机组的分类中，主要依照了风力发电机组自身特性进行。依照风力发电机组的适用地域，将其分为海上风力发电以及陆上风力发电两种类型。在近几年的发展中，海上风力发电是较为流行且发展速度较快的一种风力发电形式。这意味着，海上风力发电机组是目前风能发电及其发电机组的主要发展趋势。
依照风力发电机组的容量大小，可以将其分为中型风力发电机组以及大型风力发电机组。在近几年的发展中，由于在海上风力发电中普遍使用了大型风力发电机组，且发电效果较好，所以成为了现阶段相关人员研究的重点机型。依照风力发电机的类型，可以将目前主流风力发电机组分为双馈型风力机组以及直驱型风力发电机组。其中，双馈型风力机组使用了齿轮增速箱；而直驱型风力发电机组使用了同步发电机。
2风力发电机组的控制技术分析
2.1 H∞鲁棒控制
H∞鲁棒控制能够对多变量的问题实现良好的处理，并在其较为严格且精准的数学基础上，对建模初期存在的相应误差进行解决。在风能激励的时候，H∞相应范数为最小，此时控制系统能够实现最稳定的输出，并保障系统依据既定目标轨迹进行稳定运行，H∞鲁棒控制属于控制风力发电机组的一项重要技术。当风向以及风速处于不稳定且变化频繁的情况下，可以通过H∞鲁棒控制的相关原理来控制变速恒频风力发电系统，促使系统快速追踪风能，确保可以提高风能的利用率，对风能的捕获率也更高。
2.2采用变桨距风轮
风力发电机组最初采用的是定桨距风轮，采用常规的PID控制器对风轮转速和桨叶节距角的控制调节，来进行风力机的偏航控制。其对风能的利用效率相对较低，因此在技术革新的过程中，逐渐产生了变桨距风轮，尤其是大型风力发电机组，叶片采用变桨距连接，使得风轮叶片更薄，结构更简单，风轮转动惯性小，能够根据风速的变化对叶片连接角度进行自动调节，从而使发电机组对风能的利用效率大大提高。在机组的控制上，变桨距结构提高了发电系统的运行自动化程度，也明显改善了风力机的功率输出，是当前最主流的机组控制方式。
2.3定桨距失速风力发电
这项技术用于解决并网、运行控制等方面的问题。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。
2.4矢量控制
通过矢量控制，能够对风能进行最大化的跟踪，同时还可促使无功功率和有功功率两者独立解耦调节，该控制系统具有较强的抗干扰能力和适用能力，还可在较短时间范围内实现稳定控制。双馈电机相应控制系统当中对矢量控制的应用较为普遍，不过因为转子电流励磁分量多少会对发电机组自身的稳定性产生一定影响，所以会一定程度的限制无功补偿量的大小。
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2.5人工神经网络控制
神经网络理论的实施，主要是以生物以及人类相应的学习表现和判断能力为基础进行深入研究，该组织不但自适应能力较强，而且还具备一定的自组织性特点，能够与不确定风力进行适应和捕捉能力，为后续工作的开展提供基础，确保整个风力发电机组朝着智能化方向发展。站在具体工作角度来看，风速的测定以及预测周期等因素对风速预测的准确性影响十分严重。因此，神经网络的应用对风速研究提供了巨大帮助，人们可以根据具体的时间序列模型将风速变量确定出来，待到风速变量得到采集之后，工作人员便可以通过回归神经网络和反向传播神经网络对其进行预测。由于该系统具备较强的非线性特点，进一步提升了人工神经网络的实用性，只要做到数学模型的精确建立，便能够在不稳定环境之中实现风力发电机组的高效运行。
3风力发电机组的运行维护
3.1日常维护
运行维护主要由两部分组成，即远程操作和现场维护。其中，远程操作是指通过远程控制来实现维护及故障的排查、处理。无论是电网电压还是温度控制，均可采用远程复位得以维护。此外，利用远程控制还能自动采集机组相关运行参数，对输出功率及风况等实施收集与远程传输，进而为控制人员提供可靠的参考依据，进而完成高水平的远程维护。实践表明，通过对远程维护的合理应用，能实现对故障的准确分析，缩短停机时间，保证利用率。
虽然远程维护作用显著，但仍有很多维护工作与故障的排查和处理需要到达现场进行。所谓定期检修，指的是对机组联接件所有螺栓的力矩检测、传动部件进行润滑检测、刹车片、碳刷等消耗元件进行检查、控制信号回路检测等工作，在发现问题后，应立即进行维护与处理，保证机组稳定运行。对于日常维护，是指对机组所有部件进行定期检查和维修，包括安全平台、升降装置、液压装置、传动系、变频器、变桨系统、整体外观、运行声音、发电机及电缆等，还涉及到基本的清洁工作。通过有效的日常维护，能在第一时间发现潜在的故障隐患，并采取相应的预防措施，保证设备的完好性，使其安全、稳定的运行。
3.2故障处理
①状态检修，即在日常维护的基础上，准确判断机组的运行状况，及时发现故障并快速解除。状态检修是故障处理工作的重要一环，有利于提高各项检修工作的质量。②预防性检修。即按照风力发电机组的运行规律和技术标准，对机组各部件进行定期的紧固、调整、修复、更换工作。预防性检修一般是针对较小部件损坏或小故障，没有必要进行大部分更换和维修的情况下。如对叶片、发电机轴承、齿轮箱内部结构等进行检修。③故障维修。当发电机组的部件、电气系统等发生故障时，整个发电机组将停止运行，必须对相关部件、模块、内部构件等进行大量维修和更换。在这种情况下，工作任务重，维修成本高，停机时间较长，一般会造成的一定的电量损失。同时也是检修工作的重点内容。
4总结与展望
当前的风力发电整体必须积极向智能化、变转速等方向发展：①风力发电机组应实现大型化，以此减少占地，缩减成本，以此达到风能利用率的有效提高；②合理应用变速恒频技术与变桨距技术，为机组控制提供可靠技术支持。这两项技术的应用，能减小机组体积、自重及成本，提高发电量，保证电能质量与效率；③采用直接驱动，省去齿轮箱机构，避免产生能量损失，降低成本与噪声，保证转矩传动效率及可靠性；④实现无刷化，提高系统整体可靠性，减少维护，使发电效率保持在较高水平；⑤采用智能化控制，通过对模式识别、模糊控制与神经网络等的应用，克服参数时变及非线性对风机发电机组的影响；⑥利用磁悬浮技术与磁力传动技术，确保机组实现轻风起动与微风发电。
结语
风力发电机组是实现风能转化成电能的重要系统，利用各种现代技术实现对风力发电机机组的高效控制，有助于提升风能的捕捉率和利用率，所以，为了进一步加大利用风能，需要积极利用现代科学技术，进一步创新风力发电机组控制技术。
参考文献
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[2]谭俊．风力发电机组的控制技术探析[J].中国设备工程，2018(13):220-221．
[3]赵阳阳,杨秀敏,王森.风力发电系统机械变频控制技术[J].微电机,2017,50(9):59-62.
论文作者:刘国龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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