浅谈风力发电机及风力发电控制技术

马黎明

【摘 要】风能作为一种清洁新型能源，可以有效缓解能源危机，推动社会经济持续增长。风力发电技术经过不断的完善和创新，逐渐成为新型清洁能源中重要组成部分。本文在分析风力发电机常见故障节解决措施的基础上，就变速恒频风力发电控制技术进行探讨，最后阐述了智能化技术的应用。

【关键词】风力发电机;风力发电;控制技术

1风力发电机运行中存在的故障问题

1.1发电机叶片故障

叶片是整个风力发电机的重要组件之一，其作用非常大，叶片的好坏可以影响到风力发电机的发电效能以及基础性能。实际上，风力发电机的叶片经常性的发生故障，即发电机叶片故障问题占据整个故障发生原因的30%。

1.2风力发电机变流器运行异常

风力发电机的重要组件还有变流器，其作用是可以控制不断变化的叶轮转速下输出端的电压，具体的控制原理其实就是保持变流器中电压幅度以及频率与电网电压幅度以及频率一致。风力发电机变流器运行异常的原因可以从散热不均来分析。现阶段的变流器散热方式有风冷、水冷两种形式。主要是针对变流器柜体进行散热，因为柜体的温度一旦过高，就会影响到内部的热敏感元件以及线路的稳定运行，导致变流器运行异常。变流器主要是通过断路器进一步实现阻斷电流，达成短路保护功能的，因此要是出现变流器运行异常情况，就会影响断路保护功能的发挥。

1.3发电机振动异常

发电机振动是评价电路质量的重要标志之一，因为要是太强烈的发电机振动会破坏发单机的稳定，导致发电机的大轴断裂，影响风电厂的安全生产，同时还会降低整个风电厂的经济效益。因此，发电厂势必要保持稳定的发电机振动。而出现发电机振动异常因素可能为发电机设计理念不符合电力厂加工技术要求，或者是发电机的零件部质量以及精度没有达到要求。当然，也有可能是发电机工作量太大，导致发电机出现振动异常现象。

2风电场电气设备中风力发电机的故障处理措施

2.1发电机叶片故障的处理措施

发电机叶片故障一旦发生，机组就要停止运行风力发电机，然后迅速的进行发电机叶片的故障排除工作。如果没能有效排除发电机叶片故障，就要进行具体的风力发电机叶片的更换，进一步消除发电机叶片故障问题。但是这样风力发电厂的经济成本就会大幅度的提升。

2.2风力发电机变流器运行异常的处理措施

通过定期维修能够及时发现发电机存在的变流器运行故障，进而采取恰当的方法进行处理。由于风力发电机变流器运行异常的原因主要有散热不均，因此可对局部过热现象进行关注，对冷却风扇进行清洁、吹灰、打机油等维护保养工作。

2.3发电机振动异常的处理措施

在进行风力发电过程中，出现了异常振动噪声，那么其识别和消除振动噪声的位置不容忽视，应予以重视。如果传输系统出现了故障，那么应对温度和振动等情况进行相应的检查，防止问题的发生，并对已出现的故障进行及时处理，确保风力发电正常，满足相应的要求。

3变速恒频风力发电控制技术

随着科技进步，国内外关于变速恒频发电系统的研究朝着多元化发展。其主要由变速恒频的发电机组来决定，起到最重要作用的就是发电机和电力电子交流装置。基于此，常见的两种系统如下：一种是交流转直流再转交流式发电系统，另一种是交流励磁式变速恒频发电系统。

3.1交流转直流再转交流式发电系统

该风力发电系统中，发电机和电网之间经过变频器与变压器处理转换后，在此运行过程中发电机的转速也会根据风速的变化而随之发生变化，产生的交流电经过整流器，将交流电经过处理后变为直流电，然后逆变器再次将直流电转换成固定频率的交流电，最后将产生的电能传输到电网。该系统选用的电动机比较常见的为鼠笼式异步发电机。

3.2交流励磁式变速恒频发电系统

主要由3部分构成：控制电路、双向变换器和双馈感应发电机。其工作原理是将发电机的定子并到电网上，进而转子经过励磁变换器和进线电抗器连接到电网;再利用风能转化为机械能来驱动机械旋转，所生产的机械能可以转换到发动机的转子上，以此来驱动发动机的转子，最终将机械能转换为电能，利用定子绕组将电力传送到电网，完成发电过程。发电机转速随风速改变而改变。如果是由于风速引起的变化，则可通过调节转子进而达到对电流频率的改变，最终实现保持定子频率不发生改变。

3.3变速恒频风力发电关键技术的优点

通过对上述两种发电机分析，变速恒频对风能的转化利用率较高，且变速恒频风力发电机能够实现最大功率运行。相较传统的恒速恒频风力发电机而言，年发电量将提高20%，运行效率大幅提升，且使风力发电机运行时间延长，最终达到输出功率大、运行效率高的效果。变机电动力系统间的刚性连接为柔性连接，能够延长风力机的寿命，减少疲劳损坏。在该发电系统控制技术中，矢量控制调节励磁不仅可以独立调节有功功率和无功功率，还可以自动调节电网频率因数，进而改善电力系统的动静态性能。变速恒频发电机技术的实现，为风能发电开启了新纪元，加速了新能源替代旧能源的步伐。在该系统中，噪声在不断减小，且能输出更高的电能质量，正在逐步实现计算机自动化控制管理。

4风力发电自动化控制系统中智能化技术的应用

4.1传输系统数据整合分析

风力发电自动化控制系统需要在传输系统（物理链路及设备）的运用下，才能进行数据传输。而将智能化技术融入风力发电自动化控制系统中，ICP/TP传输协议得到了全面应用。标准化后的传输协议，也必然能够共享传输系统，一套综合布线系统与网络设备能将不同系统内部及彼此间的通信解决。基于公共局域网的智能化系统共享同一传输网络是没有问题的。通过分析技术即可了解，风力发电自动化控制系统用户端设备依托公共局域网、宽带路由器进行互联网云端服务器的访问方可实现智能控制。可视对讲系统用户端属于用户室内的一种共享设备，应当能够访问风力发电系统局域网，同时也可在管理系统内局域网的运用下访问Internet，在网络合理规划之后方可达成。

4.2强化技术分析和应用

现如今，风力发电自动化控制系统展现出了相当迅速的技术发展速度，互联网上逐渐出现一系列风力发电自动化控制系统智能化及设备控制方向的资料、技术，通过物理链路与协议对接技术，风力发电智能系统用户端设备便可实现对不同风力发电设备的控制。

4.3智能感应技术的应用

风力发电场中要想充分运用智能化电子设备，那么就应当对风电场的智能电网进行建模并运用，而要有效控制复杂而又庞大的智能电网，最为关键的便是监测整个风电场的设备，随后整合获取的设备信息及相关设备运行情况。智能感应器、无线感应器及光纤感应器等感应器的应用，可为智能风电厂的正常运转提供支撑，同时在智能风力发电厂及其他多种设备运行环境下，可调取出变电器需求的信息。

结束语

智能化风力发电自动化控制表示在智能化、大数据、云计算及人工智能等现代信息技术的运用下，以风力发电机组日常运行维护、修理及排除故障等工作为中心所开展的一系列自动化作业。我国电力能源的来源中，风力发电逐渐呈现出更重要的地位。将互联网及智能化技术融为一体的智能化风力发电自动化控制这一新型管理模式，能够有效解决产生于风力发电推进期间的各类管理问题，保障风力发电场运行的正常与稳定。

参考文献：

[1]刁宇龙.风电场电气设备中风力发电机的运行维护[J].冶金丛刊，2017，（4）：103，106.

[2]王卫平，吕源源，黄亚伟.风电场电气设备中风力发电机的运行维护探讨[J].科学中国人，2017，（5）：49.

[3]申洪，王伟胜，戴慧珠.变速恒频风力发电机组的无功功率极限[J].电网技术，2003，27（11）：60-63.

[4]薛莹，袁智.智能化技术在风电系统中的应用[J].大众用电，2017，（S1）：9-12.

（身份证号码：642103198210210754）