探析风电场发电功率预测及风机运行优化

尤礼

摘 要：风速的快慢和风向的变化都会影响风电场功率的大小，发电功率常受风速和风向影响呈现波动性。本文首先分析了风电场发电功率预测系统的组成部分和各部分的作用，然后提出了风电场发电功率预测的几种方法。接下来总结了风机运行中的常见故障，进而针对这些故障提出风机运行优化的方法。

关键词：风电场 发电功率预测 风机运行

中图分类号：TM6文献标识码：A文章编号：1003-9082（2020）06-0-01

引言

通过应用风电场发电功率预测系统，可以依据预测数据的波形，让调度人员制定应对计划，采取相应措施，使电网系统的运行安全、可靠。此外，风电场发电功率的预测能够为合理安排风电场的检修提供支持，还可以提高市场竞争力，降低运行成本，从而带动风电系统的发展。

一、风电场发电功率预测

风电场发电功率具有随机变化的特点，甚至在无风天气会表现出间歇性特征。当大量电厂并网时，不但影响风电网的安全性和稳定性，还对电网的发电效率产生影响。接下来本文将从以下两个方面介绍风电场发电功率预测的相关内容：

1.预测系统的组成

风电场发电功率预测系统主要包括以下几个部分：一、风电场发电功率预测主机。预测功率主机可以提供预先处理数据的服务，还可以提供丰富的数据库。二、NWP服务器。它可以定量预测数值模拟的由湿度、温度、压力、与风决定的天气状态。三、反向隔离装置。是应用物理方式隔离内网和外网，以避免泄露信息或入侵。物理隔离是用来解决一些网络问题的，尤其是需要绝对安全的网络。为了防止攻击和保证这些网络的完整性、保密性、安全性及可用性，则必须应用物理隔离技术。四、防火墙。防火墙可以双向传输数据，支持TCP/IP协议。防火墙是利用软件和硬件作用于外部和内部网络环境构建保护屏障，从而实现对不安全因素的阻断。物理隔离装置和防火墙功能上有相同之处但是也有很大区别，如：防火墙是确保网络安全的边界工具（非军事区），安全隔离是保护内部的安全。因此由于定位不同，不可取代。五、PC端工作站。PC工作站主要是通过运行用户的图形工作界面，用曲线、电子表格等方式显示预测结果，同时操作管理工作系统，并提供相关配置[1]。

2.预测方法

风电场发电功率预测技术是指利用空气动力学和热力学的原理，采用数值计算的方法对风电场输出功率进行预测。具体可以基于风速直接预测和基于功率进行间接预测，以上方法都是应用数学模型来进行功率预测，也可以应用输入风速作为数据参考的物理方法，此种方法受外界因素影响较大，例如风电场周围的地形、风机高度、机械结构等。物理方法适合于长期预测风机发电功率，另外也可以利用统计方法，统计方法是指直接用NWP数据来预测风电场输出功率。具体可以采用概率预测、时间序列、灰色预测等方法。其中，时间序列法多用于对风电场发电功率的优化控制，因为他的数据单一，具有高平稳性和周期短的特点。在详细描述输入和输出系统关系时，要建立功率预测的非线性学习模型即解析方程，其中最经典和常见的方法就是神经网络法，因为这种方法具有优良的自学能力和强大的适应环境能力，在识别模式和管理信号方面应用广泛。

二、风机的运行优化

1.风机运行中的常见故障

风机介质中常有形状各异、大小不等的颗粒，如输送气力的鼓风机、除尘的引风机等。因为风机在气流中工作，气流中的颗粒物既要磨损风机，又有积灰附着在叶片上。因而破坏转子的平衡，引起振动，缩短使用寿命，甚至可造成风机不能工作。尤其是叶片的磨损，它不但破坏流动特性，且容易造成飞车及叶片破裂等重大故障。各种辊类、轴类、减速机、泵类、电机等轴承座、轴承位、螺纹、键槽等部位磨损也是普遍发生的问题，传统加工补焊机的方法容易引起材质损伤，导致断裂或变形，具有局限性，喷涂和刷镀加工方法需要外协，不仅费用高、周期长，而且因材料是金属，不能完全解决磨损问题，许多部件只能更换，致使生产成本和库存备件增加，使资源遭到浪费和闲置。

链接电动机和风机的联轴器，转矩和传递的不对中也是常见故障，60%的故障来源于不对中。不对中是指电动机、风机转子的轴承中心与轴心线出现偏移或倾斜，不对中包括轴承和轴器的不对中。系统产生这一故障后，在旋转时会产生对设备不利的效应，造成轴承磨损、联轴器偏转、轴变形等，不但使转子的轴承和轴颈位置变化，也降低了軸系的频率，导致轴承损坏和振动异常[2]。

2.优化方法

可以从以下几个方面进行风机运行优化：一、优化设计。在进行风机设计时，应使其具有良好的动态特性，避免运行时发生自激振动或强迫振动，为使风机结构合理化，适应力集中，设计转速应落入或接近临近转速区域，另外还应注意准确计算热膨胀量，避免发生热态对中不良的现象。二、优化零部件制造过程。在进行零部件制造加工时要确保精度，选择良好的零件材质和强度，防止出现制造缺陷，转子动平衡应符合技术相关要求。三、优化安装过程。应合理安装机械零部件，防止出现错位、预负荷大的现象，确保轴系对中良好，机器参数要精确调整。以防管道应力过大，机器工作过程中安装精度和动态特性发生改变。为确保动平衡精度，转子应正确放置。此外，还应按规定定期检修，以免破坏原有的精度和性质。四、优化操作过程。工艺参数要符合设计值，保证机器正常的运行状况。机器工作时间要符合设计规定，避免机器在超负荷、超转速下运行，改变机器特性，还应确保机器良好的冷却或者润滑，定期检查叶轮是否出现结垢或局部损坏。五、优化设备。机器如果长期运行，会出现动平衡不稳或增大转子挠度的现象，同时转子可能出现部分受损、裂纹或脱落，零件磨损或腐蚀等。所以要定期对机器进行检修，更换零部件，必要时需要更新设备，保证配合性质和精度。

结论

综上所述，风电场发电功率的预测和风速是维护电网运行和稳定发展的基础，所以风电场发电功率的准确预测可以提高风电企业的竞争力。现今我国已经设计出的预测模型有神经网络和经典统计学模型。此外，为了提高发电功率必须优化风机的运行过程。

参考文献

[1]王俊雪.风电场单机短期风电功率预测方法研究[D].山东建筑大学，2019.

[2]余平.风电场风速及风电功率预测方法研究综述[J].电子技术与软件工程，2019，（01）：214.