摘要：大多数风力发电机组运行的环境极其恶劣，加之长期在野外运行，导致其在运行期间出现故障、停电等问题，同时，还因安装质量及技术缺陷，引发风电安全事故。在我国风力发电技术逐渐发展的背景下，风力发电机组安全运行受到越来越多的重视，只有采取有效措施对风力发电机组运行进行控制，才能确保风力发电机组安全运行，减少安全事故的发生。
关键词：风力发电机组；运行安全；控制措施
一、风力发电机组运行的概述
近年来，随着全球能源危机问题日益突出，风能、太阳能等可再生能源得到了迅速的发展。中国风电装机容量迅猛增长，其占总装机容量的比例逐年增加，单机容量为兆瓦级的大型风力发电机组及上百兆瓦风电场得到迅速发展。新型风电场的容量在电力系统中的比重逐步增加，风电场在电力系统中的运行价值也在日益显现。2015年，中国风电新增装机容量3050万千瓦时，同比上升31.5%，累计装机容量达到1.45亿千瓦左右。然而，中国风力发电技术的成熟程度远比风电产业的发展速度滞后。风力发电机组大都地处偏远、环境恶劣、运行工况复杂，使得风力发电机组发生故障的状况更具复杂性。风电机组一旦发生故障，检修维护费用较高，因此，对风电机组故障信号的分析、故障状态的检测和故障的诊断就成为了风力发电中亟需解决的新问题。
风力发电机组是借助风力的作用进行运转的，它是通过调整风机的方向，使风向正对风机叶片，借助风力的作用将风能转化成电能。经过机械作用转化成的电能需要借助变压器并入电网系统，最终进行电力的传输。所以，在风力发电中并网型风电机组的使用比较频繁。并网型风电机组在对输出电能频率的控制方面具有一些独特性，它是采用恒速恒频和变速恒频的形式进行控制的。恒速恒频技术是以往运行过程中使用比较多的方式，而变速恒频则在目前的风力发电机组并网运行中占据了主要的地位。除此以外，风能转换效率也成为了风电行业发展的大方向，在这方面目前主要用的就是变桨距技术，通过这种方式来增加叶轮的转速，借助变流技术强化对发电机的转矩控制。
二、风力发电机组运行安全分析
2.1对电控系统的安全分析
由于风电发电机组是借助风力作用运行，因此属于自动运行设备，在发电运行过程中，始终处于无人操作、自行运转的状态，因此要保障风电发电机组的安全可靠运行，必须要有完善的设备电控系统。在运行期间，可以借助该系统，为风电发电机组的自我控制和检测、运行状态记录等提供条件。目前我国在控制系统方面主要是借助可编程控制器予以实现对风电发电机组自动控制的，该系统在结构方面主要包括控制器、PLC、传感器等相关运行机构。其中，控制器对整个系统的运行安全具有重要作用，整个运行过程可以简单概括为：传感器展现运行的状态，PLC对产生变化的指标进行处理之后由控制器对相关功能进行控制。
2.2安全链的分析
在进行风电机组运行安全控制的过程中，除了包括控制系统的作用外，还需要相应的安全链保护系统。如果在风力发电机组运行过程中出现了异常，例如：变桨超限、出现极限风速、扭缆、或者超常振动等现象，该系统就可以进行紧急处理，通过断开系统回路实现风机的自动停机，确保风机组的安全。
2.3风机运行控制策略分析
在风机运行控制策略方面，变桨距控制技术通过变桨功能可以有效降低机组运行承受的载荷，在机组停机时自动调整桨叶角至最大桨叶角位置，使风机处于安全位置。在制动系统中，采用三套独立的叶片变桨机构，当风机运行遇到极端情况，通过紧急顺桨使叶片回到最大桨叶角，实现气动刹车功能。由于风机在静态时所受到的载荷要远远小于动态载荷，因此，通过变桨和气动刹车使风机停止运行，实现机组安全保护。
2.4远程监测监视系统的分析
在风电场利用远程监测监视系统，可以记录风电场所有机组的详细情况，及时掌握风机运行状态。当机组出现故障报警时，可以提醒运维护人员及时处理，并实现远程停机，从而能够及时对机组做出安全保护。
三、新型风力联合发电系统设计
本文提出一种新型风力联合发电系统，以保障风力发电机组运行安全。该系统是太阳能与风能联合发电系统，由计量装置、风力发电机、逆变器、光伏组件、并网控制器、系统控制器、蓄电池共同组成，计量装置、逆变器、蓄电池与并网控制器需要连接起来。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该系统中的控制器包含单片机、电压采样模块、BUCK电路及电流采样模块，其中BUCK电路包含开关管Q2、电阻Ｒ、电容C、开关管Q1、二极管D1及电感L，电感L一段连接二极管D1负极及开关管Q1源级，电阻Ｒ与二极管D1正极相连，电容C的一段与电阻Ｒ另一端相连，电感L与电容C另一段相连，蓄电池两端与电压采样模块并联，提供时与单片机相互连接，电流采样模块与单片机与电阻Ｒ相连，开关Q1的栅极与单片机相连，光伏组件正极与风力发电机正极分别与开关管Q1漏极相连，二极管D1负极与开关管Q2漏极相连，二极管D1正极和源级相连，光伏组件负极、风力发电机负极与二极管D1正极相连，单片机分别与过放保护继电器K2、过充保护继电器K1连接，蓄电池间与电感L间连接过充保护继电器K1，负载与蓄电池间连接过放保护继电器K2，负载包括交流负载与直流负载，开关管Q1与Q2全部是MOSFET管，BUCK电路包含储能电容Cin与二极管D2，储能电容Cin与开关管Q1漏极间连接二极管D2负极，光伏组件正极、风力发电机正极与正极相连，触摸显示屏与警示灯与单片机相连，图1为风力发电系统控制原理图。借助该系统，能够有效控制风力发电机组运行，在给蓄电池充电的状况下，能够点跟踪最大功率，实现资源有效利用，给予蓄电池过放保护与过充保护的状况下，确保风力发电机组安全运行。
四、风力发电机组的主要维护工作
①风力发电机组维护人员必须保证转动部件轴承以三个月为一周期进行润滑油和脂的注人，该项工作周期最长不能大于六个月时间。工作人员要从风力发电机的实际运行情况出发，有针对性的对设备进行检修维护工作。②维护人员每隔一个月就需要对增速器内的冷却油和润滑油进行认真的检查，保证增速器没有出现漏油或者缺油的现象，影响到设备的正常使用，同时要保证其每年更换一次，最长不能超过两年时间。③对于存在碳刷励磁的发电机，维护人员必须每隔一个星期就对其进行检查维护工作，观察碳刷和滑环是否存在打火问题，要定期的进行检修和更换工作。④对于风力发电机组的各紧固件，维护人员要进行认真的检查，防止紧固件出现松动，从而引起重大的安全事故，给企业带来严重的经济损失，影响到企业的稳定运营。⑤由于企业风力发电机组会长期处于运行状态，发电机叶片会受到严重的损伤破坏，维护人员每当发电机在运行3一4万小时后，就必须对发电机叶片根部的周和轮毅连接处进行仔细的检修，要及时更换已经出现裂纹损坏的叶片，防止风电机停止运行。⑥要保证发电机输出用集电环以及碳刷是否接触良好，维护人员要每隔一个月就对其进行安全检查，如果是使用电缆进行直接输出，相关工作人员也必须检查其是否存在打结问题，从而有效避免电缆过缠绕问题的发生。
五、风力发电机组的控制措施分析
5.1控制风机安装质量
建设风电厂过程中，要控制紧固件力矩值，尤其是构成风机每个不见电气线缆接头及连接紧固性，该项检查，直接影响到因线路虚接造成火灾事故及倒塌事故的发生。然后，加大对风机运行数据监测、分析。数据监测主要包含电网数据监测、功率监测、转速监测和温度监测等。通过分析控制柜温度、三相电压、功率、频率、机舱温度、发电机绕组温度等相关信息，能够对风力发电机组运行情况进行监测、判断，此外，发现机组的报警信息与运行参数信息能够直接向主控制器传递，进而实现远程操控。
5.2要做好设备定期检修工作，并加大巡查力度
风电机组运行期间，控制系统硬件与软件能否保持良好状态，直接影响着控制系统每项控制功能能否顺利实现。所以需要定期对硬件与软件进行维护，保证每项技术参数设置合理，将设备存在的安全隐患消除。此外，还要做好检修工作，例如定期紧固连接件、定期润滑等。并在检修与巡查过程中，严格遵循安全操作规范、规程，确保风机、人员运行安全、风机安装质量控制。在风电场建设期间，对风机安装紧固件力矩值进行控制，特别是对组成风机的各部件连接、电气线缆接头紧固力矩严格检查，这对于风机投产后确保不发生倒塌事故、杜绝线路虚接而引发火灾事故将是十分必要的措施。
5.3加大对风机运行数据监测分析
数据监测主要包含电网数据监测、功率监测、转速监测和温度监测等。通过分析控制柜温度、三相电压、功率、频率、机舱温度、发电机绕组温度等相关信息，能够对风力发电机组运行情况进行监测、判断。此外，发现机组的报警信息与运行参数信息能够直接向主控制器传递，进而实现远程操控。
5.4加强风电场运维管理
有些风电场发生风机安全事故，从表面上看是由于风机疏于维护造成的，但从深层次分析，是由于风电场对于维护计划、制度执行不力、管理缺失。风电机组是动态运行的设备，加强运维管理及时消除隐患，才能保证机组运行正常。
结语
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]陈坤.海上风力发电机组电控安全系统介绍[J].风机技术，2011.
[2]陈苏声.风力发电机组安全保护技术分析评价[J].电气自动化.2012.
[3]刘聿.风力发电机组的安全保护链[J].电气工程应用，2010.
作者简介：
付建新（1986.01.12），性别：男；籍贯：山东省东营市；民族：汉；学历：大专；职称：助理工程师；职务：风力发电检修班长
论文作者:付建新
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
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