摘要：目前，我国电力工程建设水平不断提高，风电机组在电力系统运行中提供了强大的基础依据，文章结合风电机组运行情况对偏航系统静态偏差进行分析，并提出相应的解决措施。
关键词：风电机组；偏航系统；静态偏差；风电系统
引言
近年来，随着科学技术日渐成熟，风电机组的装机容量呈现快速增长趋势，风力发电在国家政策的鼓励和支持下逐渐成为我国节能减排任务的主力。如今，我国的风力发电规模已经跃居世界首位，风电迅猛增长发展的同时，也出现了运行不稳定、设备的检查不够方便、风机设备相互之间距离大、偏航系统性能异常等亟待解决的问题，提出针对性的检修策略对促进风电机组更好地工作有重大的意义。
1风电机组偏航系统静态偏差相关概述
1.1风电机组偏航系统静态偏差的定义
风力发电具有可再生及无污染的优势，过去的几十年里在全世界范围内得到了快速发展。随着风电机组装机容量的不断增大，对机组的控制系统与状态监测系统提出了更高的要求。偏航系统是风电机组的重要组成部分，它是使风电机组快速高效地完成对风操作，减少风电机组功率损失的执行机构。由于风电机组运行工况复杂，偏航系统受偏航控制策略及系统误差的影响，常存在偏航误差，机组叶轮始终无法与来流风垂直。这样不仅会造成风电机组风能捕获效率降低，还会引起叶片气动弹性波动，增加机组的非对称载荷，影响机组的使用寿命。偏航误差为真实风向与机舱轴线之间的夹角，现场通常将风向标的零度基准与机舱轴线对准，因此，当风向标测量精准无误时，风向标测量的物理量就是偏航误差。由于风电机组运行环境恶劣，长期未检定的风向标往往存在测量误差。此时风向标测得的偏航误差与真实的偏航误差存在较大的差别，将此测量误差定义为偏航系统静态偏差。
1.2偏航系统的重要性
随着风力发电技术的迅速发展,对于风电机组的要求不断提高,不仅要求其能够发电,还要求保证发电质量和风电机组的稳定性。由于风无时无刻都处于变化状态且具有随机性强、密度低、不平稳等特性,因此在风电机组运行时想要最大程度捕获风能,就必须提高偏航系统的控制精度。偏航系统是水平轴式风电机组不可缺少的部分,使风电机组运行时风力机正对风的来流方向,提高风能利用系数,降低发电成本,并且有效地保护风电机组的安全。偏航系统包含四个对称的偏航驱动电机，十个刹车片，有内摩擦的偏航轴承系统、温度传感器、齿轮、编码器、润滑装置。其运行工作原理是由偏航电机与齿轮、塔筒固定在一起带动风电机组的机舱转动。主电机由软启动器控制平稳启动，偏航电机的工作电压由晶闸管控制而缓慢增加，启动结束后，由晶闸管截止而停下。为了使偏航电机平稳运行，减小工作过程中的冲击力，设计人员选取了低转速、大功率的设计计划方案，并结合工作时的具体实际情况，风速、风向等影响因素，采用软性力矩多级电机驱动的方式，使得偏航系统工作时间更加稳定持久。偏航系统最大的特点就是拥有很多自动控制装置，例如上文提到的自动解缆系统，自动释放叶尖阻尼板保护风轮装置，机舱根据变化的风向自动对风等。自动化设备的广泛应用解放了劳动力，也使得工作任务更加准确、及时地被完成。
2实际运行中偏航静差分析
偏航误差为真实风向与机舱轴线之间的夹角，现场通常将风向标的零度基准与机舱轴线对准，因此，当风向标测量精准无误时，风向标测量的物理量就是偏航误差。由于风电机组运行环境恶劣，长期未检定的风向标往往存在测量误差。此时风向标测得的偏航误差与真实的偏航误差存在较大的差别，将此测量误差定义为偏航系统静态偏差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实际运行中，偏航静差的来源主要分为2种:第一，由于机组风向标的零度不再对准机舱轴线，导致风向标测得的偏航误差角度偏离真实值;第二，风电机组运行时，叶轮旋转会带动叶轮附近上下游的空气旋转，形成叶轮尾流，导致风向标测得的偏航误差与实际偏航误差存在一定的偏差，且这种偏差与叶轮转速相关，叶轮转速越大偏差越大。
3风电机组偏航系统静态偏差的控制措施
3.1提高偏航测试技术水平
从技术细节上，完善偏航系统测试技术质量标准，定期对偏航电机转动情况、机舱旋转角度变化、风速风向仪系统、偏航电机电磁抱闸、扭缆开关限位开关进行必要的检查维护及动作检测试验，对各模拟量数值变化进行校验核对，确保各参控数值及反馈数值的精确度和对偏航动作测试中是否存在异常声音进行确认。定期对偏航系统防雷及接地电阻(包括二次屏蔽接地)的良好性进行测试，使电气部分或容易受到干扰信号影响的通信量的可靠性、准确性得到保证。同时，也应定期对偏航驱动机械部件润滑效果、液压管路柔性连接部分的高压软管、压力机械部件(仪表)进行校验、试验或更换，以确保机械部件性能可靠及测量精确度。
3.2偏航轴承疲劳寿命的量化
偏航轴承是一种特大型的转盘轴承,该类轴承一般采用单排特大型四点接触球轴承。偏航轴承主要承受作用在叶轮的空气动力、离心力以及机舱和叶轮的重力。由叶轮偏心和风速分布不均引起的俯仰力矩以及偏航时产生的陀螺力矩等容易造成偏航轴承疲劳失效。由于偏航轴承安装位置特殊,不易拆装且拆装费用高、周期长,因此对偏航轴承的寿命和可靠性有严格要求。一般要求风电转盘轴承的寿命要与风电机组寿命相同,且在20a以上(载荷交变次数达到109),因此有必要对偏航轴承进行疲劳寿命分析。当实际风速在切入风速至额定风速之间时,风电机组的工作模式为最大风能追踪模式,控制系统不断调整发电机的励磁转矩,使其与叶轮产生的气动转矩相适应,进而调整叶轮转速,使风电机组的叶尖速比接近设计值,捕获最大风能。当实际风速达到额定风速时,叶片桨距角向90°方向偏转,叶片产生的转矩减小,控制风电机组的输出功率约为额定功率。当实际风速大于额定风速时,采用变桨限符合的方法维持输出功率为额定功率,因此在此风速段偏航系统的阈值通常设置得较大,以减少偏航次数。
3.3预防维修，定期检修
风电机组的维护工作之一就是对故障进行排查、检修。风电机组常常建设在距离地面几十米的高空中，不仅位置独特，而且长年受到风力的影响，不能时时刻刻得到监控。大型风电机组的工作人员都是在机组开始运行工作之后三年才对其进行检修的。在这段时间里，风电机组出现的任何小的问题都得不到解决，正因为如此，风电机组才会经常出现难以挽回的大问题，不能正常运行。首先，认真研读风电机组的检修说明，定时、定期由特定的具有专业检修知识的工作人员进行风电机组的维护检修。针对齿轮磨损的问题，定期检查，保证润滑剂的使用量，确保偏航齿轮不会在缺少润滑脂的条件下工作。在风沙大的天气，应做好风电机组的保护密封工作，确保杂质、异物不会进入齿轮组中，阻碍齿轮工作。对自动注油的机器设备，足够的油脂是基本，注油的时间也要严格控制。制动系统液压管路渗漏故障的处理方法是发现渗漏的同时尽快更换已经破损的部件，尤其是密封件，要定期检查、更换。
结语
综上所述，采用风速分区和偏航误差分区的方法来量化确定最大功率指标对应的偏航误差范围，并以该范围内偏航误差的均值作为偏航系统静态偏差的估算值。通过与基于功率曲线的偏航系统静态偏差分析方法以及激光测风仪数据进行比对分析，能够有助于风电机组偏航系统的稳定运行。
参考文献
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论文作者:顾绍祖
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/30
标签：机组论文; 偏航论文; 风电论文; 误差论文; 系统论文; 叶轮论文; 风速论文; 《科学与技术》2019年第09期论文;