摘要：近年来我们国家的经济技术发展比较迅速，风电项目也逐渐得到推广应用，风电风机设备因是风电项目中关键性的投资因素，因此风电风机设备的具体选型工作就显得十分重要，对陆上风电风机设备如何选型，怎么样运行等实践经验进行研究，就被赋予了十分重要的实用性意义。本文结合实践工作经验，就如何对陆上风电风机设备选型展开分析、并对造型与运行方法进行讨论。
关键词：风电风机；设备选型；运行分析
1 风电风机技术现状
对于目前的并网风机应用，主要可以分成两种类型：一种是异步双馈式；另一种则是直驱式。其中直驱式又可细为两种不同类型，一种是全直驱型，另一种是半直驱型。这两种类型的不同之处主要体现在所用发电机的尺寸、类型，以及变流器功能的区别。
1.1 异步双馈式
图1 异步双馈发电机
双馈实际是用一个绕线转子式的异步发电机，通过电刷和滑环把绕线转子跟小型变流器进行连接。直连在电网中的定子会向发电机馈入额定功率的2/3，其余1/3经由转子馈入。对发电机的功率因数和速度方面的控制需要借助于变流器，这样可以使机组在范围更宽的发电速度下工作，使其具有将无功功率回馈电网的辅助支撑能力。变流器选型的时候，最好是要用额定功率为发电机1/3的小功率设备，这样比较符合风力发电设备在实际应用期间的需求，可以把发电机的实际运行速度控制在几乎是额定转速±30%的范围。跟恒速风力发电相比，其优势在于：（1） 运行中可以变速，发电量更高；（2） 可用小型变流器；（3） 无功功率可作为电网支撑；（4） 效率高；（5） 经济效益良好、技术先进，符合并网要求
1.2 全直驱式
全功率变流器可以把发机械传动系统跟电机从整个电网隔离出来。发电机所有发电功率都需要经过变流器才能够馈入电网。其标准应用方式需要与永磁同步 发电机或者是异步发电机相配合。变流器负责为发电机提供对速度和转矩方面的控制。
与双馈型相比的优势：（1） 避免了整个电网跟发电机的互相干扰；（2） 减小整个电网故障的时候可能对风机发电机造成的冲击；（3） 并网导则符合性得到了强化；（4） 全速度范围得以确保；（5） 年发电量得以提升；（6） 实现了无功功率能力的全功率化；（7） 实现了功率的全面控制。
1.3 半直驱式
中速款型的全功率变流器（MSFC），可以把转速在500r以下的中速小型永磁发电机跟一、二级齿轮箱结合起来使用。其优势在于：（1） 机械应力比较小；（2） 体积尺寸小、重量轻。
2 风电机组
2.1风电机组如何选型
在风电场里面最为主要的设备就是风电机组，其投资费用大约占风电场所有投资总额的60%~80%上下。其选型无论是对风电场的发电总量，还是对其他各项经济指标全都有十分重要的意义。为了能够更加充分地对风能加以利用，在对机组进行选型的时候一定要对以下问题进行考虑：（1） 满足风电场所在地的气候条件。在GB18451.1-2001idt IEC 61400-1：1999风电机组安全规范中，按照10min内50年一遇最大平均风速、年均风速、轮毂高度、湍流强度等把风电机组划分成4个等级，还有另外设计的一个特殊S级。应按照风电场所在地的风况确定具体安全等级。同时还应按照气温范围确定机组究竟选用标准型还是选用低温型。如果是在海岛上或者是沿海地区，要注意用不用对绝缘和防腐方面提出特殊要求；（2） 注意风电场所在地对于交通运输方面有什么制约条件；（3） 了解风电机组目前的发展趋势并顺势而为。尽量选用那种变桨或者变速技术的、单机容量较大、机型较新、厂家规模大一些的，以降低风电机组的使用数量，既可以加大发电量，又能够降低吊装次数和土地的占用面积，同时还可以获得更多的经济效益，另外避免了备品备件因厂家日后停产而难找。采用大型机组的输出电压一般也会更高一些。而且高电压输出可以减小线损、降低电缆造价、节约建设和运行所需成本；（4） 价格方面。包括风电机组及相关基础的成本费用。单机容量如果有区别还需要对配套设备设施所需的费用进行比较；（5） 售后服务方面。厂家是否有专门的服务设施和机构，调查其它用户是如何评价厂家的。
2.2 机组选型原则
按照提高资源利用率、规模性开发、减小造价等原则，建设地址的风资源进行充分考虑后，提出针对风电场建设中机组选型工作的原则如下：（1） 借助于对风能资源的科学评估，按照 IEC61400-1标准来明确风电场为什么等级、何种类型；（2） 按照交通运输状况与安装条件，明确单机应该是多大范围的容量；（3） 按照气候条件，明确几种机型作为备选；（4） 用WASP软件对备选机型进行初步布置，求得其发电理论量；（5） 对备选的几种机型还有其相关配套设备所需费用进行投资估算。这里面风电机组的成本需要用招标的最新价格进行计算；（6） 求出几种备选机型投资、度电成本等几项指标；（7） 结合几种备选机型各方面的特征、特点、性能、参数进行经济技术的综合比较，最终明确机型。
3 运行经验
风电场的正常运行维护需要借助于科学的管理方式，来维持可靠供电，并确保风电机组在使用寿命年限内具有合理的可利用率。接下来，就通过我公司几种机型运行状况为例，说明选择合理机型对于风电场的重要性。
3.1 风电场实际运营状况
某风电场Ⅰ期（V80-2.0MW） 自2016年6月全部风机共20台均开始并网发电，2017年8月至2018年9月发电量累计为15186kWh，发电机组设备实现了99%的可利用率。
风电场Ⅰ期（XE72-2000kW）：2016年10月20台风机并网全部完成，2016年10月至2017年11月累计发电量13425kWh，设备的有效利用率可达98%。
3.2 设备故障及主要原因
3.2.1某风电场Ⅰ期（V80-2.0MW）
（1） 出现偏航错误累计两次，处理方式：更换新的接触器；（2） 出现叶片损坏三次，处理方式：厂家予以维修；（3） 出现电压错误五次，处理方式：更换新的TRU；（4） 出现电压错误五次，处理方式：更换新的TRU；（5） 出现程序错误四次，处理方式：重启；（6） 叶轮转速出现无法跟发电机转速合理匹配五次，处理方式：更换新的转速传感器；（7）变桨实际位置出现跟预测位置不一致三次，处理方式：更换新的中间继电器、碳刷；（8） 通讯出现中断两次，处理方式：更换新的控制器插板、CT318、CT3601、CT3218、CT291；（9） 发电机转子一侧的转换电路出现硬件错误四次，处理方式：更换新的IGBT。
3.2.2 某风电场Ⅰ期（EX72-2000kW）
（1） 叶片出现开裂2台、叶片导雷杆出现断裂现象11台。分析原因：系设备设计存在缺陷。处理方式：厂家全面整改；（2） 变频器设计控制程序时出现问题16台次。处理方式：厂家已更改程序仍无法有效解决；（3）出现液压缸故障：3台次。分析原因：设计存在缺陷。处理方式：换新；（4）变浆电池出现故障10台次。分析原因：控制方式错误，电池质量差，出现老化供电不足。处理方式：换新；（5） 气象站出现故障：13台次。分析原因：设备本身质量差，因锈蚀而卡塞。处理方式：换新；（6） 滑环出现故障：分析原因：设计存在缺陷，采取的控制策略不合理。处理方式：换新，改善控制策略。
3.3 使用状况与售后服务评价
（1） 风机变桨出现问题比较多。变浆电机的轴承器件出现故障频率较高，多次交涉后，厂家将制动力矩加大，但效果有待验证。变浆驱动容量小，导致其充电器件频繁损坏。第1年变频器系统出现最多的是水冷系统问题。紧急蓄电池老化。功率曲线低于理论值。设备投产后，厂家及时到现场调试，并提供培训服务。但提供的技术资料不齐全，没有参数设定值、元器件说明，控制程序原代码，控制逻辑图等，还存在备品供货不及时等问题。（2） 风电机组出现故障的频率较低，其原因多由环境或者设备自身质量引起，处理均比较及时，设备至今没有发生较大质量事故，运行相对稳定。
4.结论
该风电机组产品的供应商能够及时提供售后服务，解决故障的能力也比较强。其实选择机型的首要原则就是在既要确保风电机组的运行安全，还要对经济方面予以兼顾，实现效益的最大化。
参考文献：
[1]陆上风电风机设备选型与运行经验探讨[J].谢春生.山东工业技术.2019（14）
[2]陆上风电风机设备选型与运行经验[J].陈金枫.能源与环境.2012（05）
论文作者:施宏1,刘春雪2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：风电论文; 机组论文; 发电机论文; 变流器论文; 风机论文; 设备论文; 方式论文; 《电力设备》2019年第6期论文;