摘要：在我国电力系统中风力发电所占的比例逐渐的提高，我国的风力资源丰富，并且风力资源是可持续利用的清洁能源，因此风力发电逐渐得到了人们的认可，但是风力发电机组的运营安全和控制成为了一个问题，本文就对我国风力发电机组运行安全的分析和主要控制措施进行了探讨。
关键词：风力发电机组；安全运营；控制措施
由于风电机组所处的工作环境恶劣，风电技术还在发展完善，一些机组运行质量不稳定，在运行过程中因停电、故障、技术缺陷、安装质量等造成风电事故不断增加，尤其近几年陆续出现风机倒塌、机舱着火、人员触电、机组大面积脱网等事故，成为风电发展的隐患。我国风力发电经过这些年的快速增长，正逐步向稳定发展转变。在这样的发展阶段，全方位分析风电机组运行安全，有效防范可能发生的各种风险，采取必要的控制措施，不断提高风力发电机组运行安全是十分必要的。
1、风力发电机组运行安全分析
由于风力发电机组长期在野外运行，工作条件恶劣，自然界的风能不受人为控制，有些风区极端风速可达50m/s以上，风机运行过程承受着各种复杂载荷，外界条件的变化随时威胁着风机运行安全。为了增强风机承载能力，风机制造所选用的材料一般都经过大量的性能实验和疲劳实验然后进行筛选确定，金属结构件选用耐高温、抗低温、耐腐蚀、耐冲击等机械性能优良的材料，材料的使用寿命超过20年。在结构设计方面，也采用加强结构。风力发电机组是全天候自动运行的设备，整个运行过程都处于自动控制中，电控系统要能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、状态监测的要求。当前风力发电机组的控制系统以可编程控制器为核心，控制系统由PLC、传感器、控制器以及各种执行机构组成。传感信号表明了机组运行状态，当各项指标发生变化时，经过PLC处理，由控制器发出指令完成各项控制功能。因此，控制系统的功能及其可靠性直接影响着风力发电机组的运行安全。
2、风力发电机组控制
因自然风速方向及大小都具有随机变化的特点，且机组切入、切出电网及输入功率方面的限制，所以必须对其进行自动控制。
2.1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]。
2.2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。
2.3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。
2.4变速风力发电
对于变速运行，它是指叶轮伴随风速实际变化对旋转速度进行改变，使叶尖速比始终保持在最佳状态，确保风能利用系数可以达到最大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆相较于其它形式的风力发电机组，该技术可在低风速情况下以风速变化为依据，获得理想的风能，并在高风速情况下，充分利用转速变化产生的能量来提高系统柔性，以此使输出功率始终处在平稳状态下。
3、风力发电机组运行安全控制的主要措施
3.1设备的检修
在风机运行过程各个设备的安全质量成为了关键，任何一个设备零配件中的可靠性出现了问题，都会影响到风机的正常运行。这就需要对风机的各项设备进行定期的检测维修，要保障所有的设备零配件的质量过关，各项技术参数都达到了国家的技术要求，在检测的过程中及时的发现问题，有效的排除存在的安全隐患，有效的预防风机运行的风险出现。在检测的过程中还需要对各个设备的零配件之间连接部位进行一定的润滑和紧固，要通过主动预防来有效的提高风机运行的可靠性，这样才能有效的保证工作人员的施工安全和风电系统的安全性。在预报极端天气的时候，工作人员需要预先对所有的设备进行一次快速的临时检测，确保各个风机的运行状态可以抵抗极端天气的变化，并且在极端天气过后还需要对所有的风机和系统进行全面的检测，保障在极端天气过后各个风机组没有产生巨大的变化，还保持着之前的检测状态。
3.2对特殊危险状况采取措施
气候改变，雷雨闪电均会为机组安全带来威胁，需做好过电压保护、雷电接受与传导系统、等电位连接等的有效防范，定期察看接地系统良好情况为减少雷击事件的关键举措。虽机组增设有雷电防护装置，不过出现雷击的几率仍较大，因而雷暴天气里人员应远离或禁止触摸风机，雷击结束需待1h后方可靠近发电机组;同时，空气潮湿的情况下，风力发电机组叶片受潮出现杂音，此时不可靠近风力发电机组，预防感应电。此外，风机运行可能会有风速超出安全工作范围的现象，若风机过速，功率过大，势必会威胁到机组安全运行。该情况下应通过远程控制让机组停机，且人员不可靠近风机;最后，寒冷与潮湿环境里若风机停机时间太长，叶片则易出现结冰现象。那么再次启动风机前，应认真检查绝缘设施，合格后方可启动。为了避免叶片冰块掉落伤人，人员禁止停留于叶片下方。
3.3风机安装质量的保障
在风力发电机组运行的过程中风机安装的质量直接影响到了风力发电的效益和安全，由于风机运行环境的恶劣，在进行风机安装的时候对紧固件的扭矩值要记性严格的把控，所有的设备结合部位在进行完成之后，还需要对连接部件电气线缆接头进行特殊的检查。因为在风机事故统计中绝大多数的风机是由于连接部门没有有效的进行连接，导致了风机倒塌的事故出现，并且在倒塌之后，由于电力系统的短路产生火花，最终形成了火灾，给风力发电系统造成了无法预估的损失。因此我们在风机安装的时候需要对施工的质量进行严格的控制，在安装施工时候还需要对所有的风机组进行质量的验收和检测，全面的保障风机发现组达到了实际的运行效果。
3.4数据监测的分析
在风力发电过程中很多数据信息的变化都会对风机的运行造成一定的影响，在风机运行过程中需要对工作环境的温度、风机的实际转速、电力功率的检测、并网电力数据信息的监测等。在风机高速旋转的过程中产生的机械能也是非常多，并且导致了叶轮的工作温度不断的升高。有可能出现异常数据信息的监测模块主要有发电机组的绕组线圈的温度、控制柜的温度、机舱的实际温度、三相电压、电流、电压等信息，在超出了预期的设定值时我们需要将数据信息及时的上传到控制系统中，并且及时的通过远程控制系统对一些设备进行有效的调控，防止安全事故的发生。
4、结束语
我国风力发电在发展过程也暴露了运行安全问题，其中一个问题是当电网故障、闪变或风机发生故障时，机组往往会自动切除进行自我保护，这样同时也加大了电网故障并影响电网安全运行。随着风机生产制造技术的进步和智能电网的开发应用，认真做好风机运行安全与控制措施课题研究，积极开发适用于中国特点的先进风电机组，向经济优化控制方向发展，必将会使风电运行控制能力得到显著提高。
参考文献
[1]贺德馨.中国风能发展战略研究[J].中国工程科学.2018年06期
[2]赵海翔.风电引起的电压波动和闪变研究[D].中国电力科学研究院.2015年
[3]程明，张运乾等.风力发电机发展现状及研究进展[J].电力科学与技术学报.2019年
[4]吴华珠，唐宝莲.风电机组失火原因及解决方案.水利水电技术.2018年02期
论文作者:王硕
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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