风力发电机组控制及运行维护技术探究

2023-10-25南昌科晨电力试验有限公司李诣烽谈紫星唐新宇

电力设备管理 2023年17期

南昌科晨电力试验有限公司李诣烽谈紫星唐新宇

1 引言

随着当今时代高速发展，风力发电已然成为社会发展对电力能源需求的全新发电方式，并在当前科学技术不断进步的背景下愈发全面。风能是当前非常普遍的一种清洁能源，应用范围广泛普及，风力发电机组的建设规模也随之扩大，风力发电机组控制和运行维护是其中主要工作，与其运行稳定性和安全性息息相关。为提高风力发电机组运行水平，相关人员需要结合实际分析其中问题特点，充分了解风力发电机组运行原理以及影响发电机运行的因素，采取科学合理的控制及运行维护技术，增强风力发电机组控制及运行维护能力，从而促使风力发电得到有效保障。

2 风力发电机组控制及运行的影响因素

一般情况下，风力发电机组的核心部件是固定的，因此有关工作人员在对其检测过程中，需要对这些核心部件及时检查，从而促使风力发电机组能够正常运行。工作人员首先要检查变桨控制系统，其最常用方式就是判断接触器是否能够达到更好的吸合状态，在检查过程中需要注意，断电之后才能检查，避免出现触电等意外情况，同时也可以通过测量电阻的方式检查，一旦测量时发现电阻无穷大，可证明这个部件已经受到损坏。其次是检查变频器控制系统，此系统可以有效地利用硬件、软件调节发电机的重点部位，所以对其进行检查非常重要。工作人员在检查过程中需要检查其闭合状态以及运行的频率和相位等，只有和电网保持一致才能够发电，因此一旦定子接触器产生任何问题，也会造成风力发电机组无法正常运行[1]。

3 风力发电机组控制技术

3.1 定桨距失速风力发电

如果现场风速超出额定值，桨叶会通过失速调节的方式把功率限定在合理的范围内，提高叶片结构性能，在遭遇到大风之后，可以直接从叶片背后通过的气流造成紊乱的问题，造成叶片气动频率无法达到规定的要求，也会影响风能的获取，造成失速问题的存在。因为失速是非常典型的气动操作过程中，其产生的原因比较复杂，在风况存在不稳定的情况后，就不能准确测定失速情况，该方面在超过MV 级的机组中无法应用。

3.2 变桨距风力发电

从空气动力学的角度出发，如果风速超出规定的要求，就会利用气流的变动和桨叶节距的改变可以调整机组转矩参数，可以使得系统输出频率更加稳定。利用改变桨距的方式能够保证输出功率变动曲线达到平滑度的要求，在阵风的影响之下，基础、塔筒、叶片冲击比较之以前的失速调节相对较小，可以有效的减少施工材料的使用量，还能够降低机组总重。但是这种方法也存在明显的缺陷，相关人员要制定完善且复杂的变桨距结构，以此能够及时掌握阵风变化情况，可以有效防止风力波动过大而出现的功率脉动问题。

3.3 主动失速/混合失速发电

主动失速/混合失速发电是综合定桨距失速风力发电与变桨距风力发电的特点及优势，其运行原理也同此两种技术原理相似。在低风速时，可以通过变桨距技术有效提高气动效率，待功率到额定值后，再改变桨距，在调节过程中，减少失速现象，保证功率输出平稳[2]。

3.4 智能控制

在智能化控制中，模糊控制最为典型，其主要特点是把专家的知识和经验表达为一种语言规则，并直接用于控制系统中。以此克服传统的数学模型依赖关系，能够解决非线性问题，并且具有较强的鲁棒性。由于风能是随机的，因此在风电机组的控制中，其应用非常广泛，特别是获取风能和保证功率方面。

在神经网络控制中，能够近似各种非线性模型，并通过自主学习的能力来构造控制器。在风力发电系统中，引入神经系统后，相关人员可以根据已有的资料，精确地预报风速的变化。在变桨系统中，通过采用神经网络技术可以根据在线学习，修正有关特征曲线，利用风力资源和发电机的动力特性，建立风力发电系统的控制模型。学习数据是目前智能技术中重要问题，从观察到的数据中发现规律，然后利用这些规律展开预测，以此实现高效的生产控制。在风电系统中，相关人员需要通过获取大量的有关参数，金风70/1500机组各部件参数详见表1，重量详见表2。

表1 金风70/1500机组各部件参数

表2 金风70/1500机组各部件重量

4 风力发电机组运行维护技术

4.1 发电机的检查与维护

在维护检查的过程中，对发电机重点关注是非常必要的，在风力发电机组中，发电机是最基础的核心部位，一旦在运行的过程中产生任何问题，都会导致机组整体出现瘫痪，所以工作人员在检查的过程中，需要关注发电机是否产生异常声响，和其他的风机比起来，被检查的风机温度是否突然升高，一旦产生这些情况，都需要对发电机进行仔细检查，要检查发电机润滑系统是不是维持正常的状态，同时发电机中的油脂是否根据规定要求加注。润滑剂的使用可以减少磨损，让发电机核心使用寿命有所提升。当然工作人员还需要尽量及时将发电机中的灰尘清除，使其散热更快，减少因为灰尘或是其他微颗粒而导致的散热循环不畅的问题，使电阻降低，从而导致绝缘损坏或是出现短路现象。

4.2 齿轮箱的检查与维护

对齿轮箱进行检查维护是非常重要的，要重点对齿轮箱中产生的异常响动以及润滑情况等相关信息有所关注，同时还需要及时检查相关现象，尽量防止有可能会导致齿轮箱出现断轴或使轴承损坏等相关故障隐患，让齿轮箱的使用时间有所延长[3]。

4.3 主轴总承的检查与维护

在风力发电机组运行维护，工作人员在对主轴总承进行检查维护的过程中，需要对轴承的温度进行重点关注，同时还需要按照维护要求加注一些主轴的油脂，在加注过程中需要将原本的油脂挤出去，然后再将新的注入进去，防止新旧油脂之间现混杂的现象，一旦产生温度异常升高的情况下，相关人员需要排除线路故障以及传感器产生的故障，同时需要拆除轴承的前端来进行细致检查，一旦检查发现油脂已经变色，就需要及时将这些已经变色的油脂清理出去，同时，相关人员还需要加入一些新油脂。除此以外，相关人员还需要检查保持架等相关部分，只有这些部分维持在正常运行的状态，才能够促使风电机组保持正常。

4.4 叶片的检查与维护

工作人员在风电机组检查中对叶片的检查是非常重要的，因为叶片是非常关键的零部件，所以有效地维护叶片的正常运行可以降低成本，叶片损坏主要是因为腐蚀断裂所引起的，其原因多种多样，有可能因为外物导致的损坏，也有可能因为雷击等自然天气导致的损坏。所以，在风力发电机组运行维护，及时检查叶片并对其进行维修，可以有效地维持叶片稳定的状态，同时也可以延长叶片使用的时间，防止因为产生更大的缺陷而不得不更换叶片，造成极大的经济损失。

5 风力发电机组运行维护策略

5.1 建立定期维护技术标准

在风力发电机组完成维护过程中，因为存在不一样的标准以及不同规范，所以很有可能导致风力发电机组的维护质量无法达到理想效果，结合风电厂周围的地理环境以及机组运行过程中的实际情况，工作人员需要及时进行沟通，并重新制定相应的维护标准，同时还需要提升项目维护管理的质量，及时删减一些不必要的项目，让项目维护具有更高的效率[4]。

5.2 完善考核机制

在风力发电机组运营过程中，及时对其实行维护是非常必要的，因此有关工作人员需要了解自身的职责，当然相关部门也需要制定考核指标以及考核机制，让维护管理工作的质量获得提升。有效的奖惩制度以及责任落实到人的要求，可以让工作人员在工作过程中更加严谨，同时也更具有积极性对风电机组按时进行维护，并将其记录在案，由相关工作人员及时进行抽调检查，可以有效地保障维护工作不会产生缺漏，让管理人员能够在风电场管理过程中提升自身管理水准，同时也可以使维护质量得到优化[5]。

5.3 强化人员培训

在完成风力发电机组维护过程中，专业人才是必不可少的，而在人员培训的过程中，相关企业要利用专业技术提升工作人员的专业水平，并且让工作人员的队伍建设也能够落到实处，使整体队伍的质量都有所提升。要建立培训基地，更加积极地让风电企业获得比较优秀的人才，同时还需要拓宽晋升机制，让优秀人才能够获得更加广阔的发展平台，吸引更多优秀人才加入风电企业中。

5.4 及时解决故障

风力发电机在安装之后，需要经过长期的运行，而系统结构的规模较大、高度高，所以进行维修管理的工作难度比较高。如果在日常管理中没有及时发现故障问题，会从小问题逐渐发展成为大故障，最终影响机组正常工作。对此，管理人员要重视机组故障检修。在日常维修工作中，要准确掌握其系统的运行状态，如果存在故障问题，要立即采取措施进行处理，这是保证设备正常运行的重要性工作。在发电机组的大型部件、电力系统等结构存在故障问题之后，系统就无法正常地工作，在此过程中需要对大量部件、模块全面检查和更换，这种检修的工作量大、任务重，维修成本也比较高，还需要加强管理和控制，以保证设备可以正常地运行。此外，故障维修阶段，一般都要进行必要的改进检修处理，也就是说在系统出现故障问题之后，对于存在的硬件缺陷、设计缺陷、系统协调性差等问题进行改进研究，可以有效提升整体结构性能，保证设备可以正常工作，从根本上降低故障发生率。

5.5 防雷维护

风力发电机组的安装一般都比较高，并且处于视野开阔的地区，每台设备的高度达几十米甚至上百米，容易受到雷电的侵害。因此，机组设备的运行阶段需要采取必要的防雷保护工作，这是风力发电机组维护的主要工作。因现代防雷技术体系水平比较高，可以满足防雷的需要。在风力发电机组的防雷保护过程中，相关人员应该设置综合性保护体系，其中包含外部、内部两个系统。在设备中应该根据需要安装接闪器、引下线、接地系统、屏蔽系统等。加强技术维护，保证硬件和软件都能够发挥出其重要作用，可以确保防雷效果达到要求，确保风力发电机组的运行安全性。