风力发电机组故障诊断技术综述杨有勃

风力发电机组故障诊断技术综述杨有勃

杨有勃

（中海油新能源潍坊风电有限公司山东省潍坊市261200）

摘要：由于风能是一种可再生的、环境友好的能源，并且是可以代替现如今的石化能源，所以风能在当下的社会环境中取得了非常多的好感，风能向电能转化的系统有了快速的发展。随着我国关于运用风能的装置逐渐发展起来，我国风力发电厂也随之大量出现，发电机组的规模也在不断扩大。风电机组的不断涌现，相应的故障发生几率也随之扩大，导致风电场机组的维护成本持续增加。风电机组监测技术与故障诊断技术的实施，不仅可以按照现有发电机状态判断隐藏的故障，为保持风力机运行的稳定性，提出有用的预防办法；还可以有效地提高动力设备的掌握程度，减少外部环境对设备的妨碍。

关键词：风力，故障诊断，诊断技术

1.经常发生的故障及原因

最近几年，由于大型风电场的应用出现了大量的故障，运行维护成本高，严重降低了风电场的经济效益。风电场大多数位于较偏僻的区域，工作的环境十分糟糕，风电机组故障的概率相对较高。要是机组重要部分出现损坏，会导致设备无法运行，直至机组停产，遭受大量的经济损失。要想减少风电机组发生故障的危机，不再出现相应的问题，就必须大量的对风力机状态检查和故障分析技术进行研究完善。

（1）风轮启动有不正常的响动

故障原因：1）机舱罩松动后阻碍其他零部件；2）齿轮箱轴承遭到破坏；3）制动器和发电机不同程度的脱落；4）联轴器发生故障。

（2）风轮无法稳定，导致风力机启动时不停晃动，每低速运行一次就有异常的响声

故障原因：1）导流罩不稳固2）发电机轴承长时间使用导致一定程度缺失3）叶片冻结故障

（3）不能调转方向

故障原因：1）下风向或尾舵的阻力太强2）调整平衡速度的弹簧拉力弱3）测速发电机不准确4）调向转盘轴承摩擦力过大因混入其他物质，无法启动。

（4）风速稳定时风轮却忽快忽慢

故障原因：1）调速器的弹簧无法使用2）封闭装置因使用时间过长消耗漏油3）调速电机因太高的电压故障

（5）风速达到规定速度，但发电机无法产生规定电压

故障原因：1）电刷和滑环配合程度不高2）发电机余磁磨灭3）励磁发电机转子绕组断路或短路4）调速器无法运作，卡在原位5）发电机转子和定子无法协调配合6）刹车片回位弹簧不能有效运作

2.故障检测技术

状态监测和故障诊断可以有效监测出传动系统、发电机系统等的内部故障，优化维修策略、减少非计划停机次数和降低机组的运行维护费用等。风力发电机组的状态监测和故障诊断系统集合了信号采集、在线监测以及信号分析等功能；能对系统的各种机械参数和电气参数等进行监测，并将采集到的数据进行分析处理，从而正确定位各系统的故障。

状态监测和故障诊断可以有效监控输电系统，发电机系统等的内部故障，优化维护策略，减少非计划停机次数，降低机组运行维护成本。风力发电机组状态监测与故障诊断系统具有信号采集，在线监测和信号分析功能，可监测系统的各种机械参数和电气参数，并对采集的数据进行分析处理，使其正确定位每个系统的故障。

（1）振动信号监测技术

振动特征信号在检测中占有非常重要的地位，要想进行精准的诊断哪里出了故障，必须先要实施振动监测。发电机失效的显著原因是机器时常会发出奇怪的响声，它振动的频率就可以及时反馈显示出现故障的部分。所以，只要知道了发电装置出现问题是的振动情况在故障状态下的振动特性，就可以掌握机器的使用情况，进而更好的进行完善风力发电设备，为更好的提供风能做出有用的贡献。

（2）故障特征提取技术

故障的存在检测得完整与否，是故障诊断结论得出是否准确的关键。特征提取是分析预处理后的系统动态信号，提取和状态相关联的数据并进行相对分析的全程称为特征提取。要想从根源上改善风力发电装置故障，就得先了解它的故障原因和出现问题的区域，才能更好的解决问题，其中一个方式就是通过信号处理提取发电机信号的相关特征。

（3）同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组的同步技术在发电机的运行中，不仅可以输出有功功率，还可以提供无功功率，循环稳定质量高，同步发电机已经在电力系统中普遍应用。但是，将其相同的运用转移到风力发电机上时没有想象中的完美。由于风速不稳定且变化太过于随意，在转子上活动的距离没有规律，无法取得准确有效的调动速率使之与发动机共同运转。在没有取得控制的情况下，以至于时常导致无功振荡和失步的状况发生，尤其是在负载过重时。因此很长一段时期，同步发电机几乎没有在国内外的风力发电机组中使用。然而，由于最近的电力电子技术的提升与创新，从而可以在技术上完善之前的不足，采用同步发电机的方案又取得了技术人员的研究。

（4）储能技术

由于风能是无法直接存储的能量，要想确保稳定可靠的电力供应，风能可以在刮风频繁的时候运用技术将它存储用来提供给其他设备使用。因此就算某个地区有大量的风能，要用风力发电作为获取电能的根本手段，也得配备合理的储能装置。此外，当风力和其他能源一起提供电力，储能技术也发挥了巨大的作用。蓄电池就是其中的装置之一，当与其他发电厂相互补充或单独提供时，风力发电机一般使用蓄电池装置进行储能，从而规避因风力和负荷的变化而发生故障，导致频繁启动停止的柴油机。并且，蓄电池还可以使其他装置发动的更加轻负荷，减少其强压力运行，使得很大程度上的功率合理且处于所属范围内。但是考虑到电池的花费，一般来说在发电装置里，铅酸或者碱性蓄电池在运用方面比较频繁用作存储电能的设备。

（5）最优控制

最优控制是为了让动态系统性能指标取得更好的控制，在目前的发展下，在几乎所有的控制方法中，这种技术相对来说是最佳的，它不仅运用得较早，发展状况相对于其他技术来说算是成熟的。然而，风力发电系统固有的非线性和其他不能估计状况，大量无法控制的影响原因的出现，要想实现最优控制技术，应该将准确的数学模型运用到其中。风力发电系统要求不算太高，最优控制策略和其他控制方法混合使用，大可以有效改善风力发电系统的各种关于控制的不足，使风能拥有灵活的风力发电装置，驱动转换效率，改善的电能质量和减少的过量负荷。

（6）自适应控制

自适应控制是为了自动补偿模型顺序、参数和输入信号的不可预测的状况。这个装置需要持续进行参数识别和系统性能各方面的测量，使获得实时状态的变化，根据固定的规则制定目前的控制计划，以便于即时更改控制器的参数，使系统的输入信号得到及时更新。自适应控制器用于在大的工作范围内改善风力发电机的功率因数的衰减特性，所以控制器里增幅度是能够更改的。当负载和风速发生改变，先进的自适应控制方法可以使风力发电机转子电压和齿轮箱的静态增益，控制方法可靠速度快，并且能够限制跟踪误差。试验结果让我们了解到，随便风况怎样改变，这个控制器装置都可以确保最大的风能。

3.小结

在风力发电快速发展的同时，出现了新的问题。就中国而言，中国的风力发电机组经常出现问题。要是早期无法检测到故障，并马上减轻损坏程度，风力发电机的发电将直接减少运用时间。因此，风力发电机的故障诊断表现出来特别突出的作用，风力发电机是大型旋转机械装置，故障诊断理论也能在其他大型机械设备内使用。因此，对风力机故障诊断的发现具有重要的作用。

参考文献：

[1]风力发电系统中逆变器的研究，宋平岗，赵莉，电力电子技术，1999年第2期，1999.4，18-19。

[2]可再生能源中的控制与电力电子技术，吴捷，杨金明，杨俊华。

[3]独立运行风力发电系统功率控制器的研究与设计，赵强，应用电源技术2006年第1期（总第97期）36-40。

[4]超导储能改善并网风电场稳定性的研究，吴俊玲等2004，23（03）；59-61。