风机发电机组运行安全及控制措施探索

风机发电机组运行安全及控制措施探索

杜雄三

恩施板桥风电有限公司湖北恩施445000

摘要：在风力发电经历了不断的改进创新之后，我国的风力发电系统发电效率已经有了很大的提高。但是由于极端恶劣气候环境的影响对风力发电机组的安全运行造成了很大的安全隐患。

关键词：风机发电机组；运行安全；控制措施

一、风能的开发和利用

以往人们通过牺牲能源换取经济发展，近年来，随着社会的快速进步，能源耗竭的问题日益突出，环境污染问题也日渐严重。为了维持人类生存环境的可持续发展，需要加强关注并切实解决环境问题和能源问题。煤炭、石油等常规能源由于其不可再生的性质和污染环境的特点，需要尽量节约和减少使用，积极开发并利用风能等可再生清洁能源，这不仅有利于保护生态环境的可持续发展，还有利于推进社会经济的发展。

我国拥有丰富的风力资源，相比常规的能源发电，利用风力发电能够大大降低生产成本，并保护生态环境。风力发电机组是对风能实现利用的重要系统，在科学技术的快速发展过程中，该系统的控制技术也得到了全面进步，并更趋向于高可靠性、智能化以及轻盈化的方向发展。对于风力发电，不仅投资灵活，占地面积小，并且施工周期相对较短，经济效益和社会效益得到双发展。国家对风力开发企业也给予了重要的政策支持，近年来，风力发电产业发展迅速，进一步推进了对风能的有效开发和利用，也促使风力发电机组的控制技术不断进步。

二、风力发电机组分类

风力发电机组的类别划分，主要的依据是不同的风力发电机组其自身特点以及相应的应用效果。结合不同的风力发电机组，其应用的地域差异，将其主要分为陆上风力发电和海上风力发电两种类型，其中，海上风力发电属于近几年较为流行并发展较快的机组类别，也是目前主要的发展趋势。结合不同发电机其自身容量的大小，将其分为大型风力发电机组和中型风力发电机组，其中大型发电机组主要应用于海上发电，效果较为突出，也成为目前研发发电机组的重点对象。结合不同的风力发电机组的类型，将其分为直驱型风力发电机组和双馈型风力发电机组，其中直驱型风力发电机组没有齿轮增速箱，其电机通常使用的是同步发电机，而双馈型风力发电机组设有齿轮增速箱，其电机通常使用的是异步发电机。结合不同的风力发电机组桨距的特性，将其分为变桨距风力发电机组和定桨距风力发电机组，其中变桨距风力发电机组的自身结构较为复杂，控制方式也存在较大的复杂性，不过其在利用过程中，对风能的利用效率更高，并且能够对输出功率实现全面优化，是风电控制的重要发展方向。

三、风力发电机组运行安全性的分析

1、运行环境恶劣

在风力发电运行的过程中由于长期在野外进行作业，工作的条件非常的恶劣，并且风力资源不是人为可以进行控制的，在一些极端环境中最高风速可以达到五十米每秒，风机承载着超负荷的载荷，风力发电机组的运营安全随时随地都受到外界环境的影响。为了保障风机的质量，在进行风机制造的时候需要对制造风机的材料进行大量的实验，主要是测试该材料的疲劳时间、耐高温性能、耐低温性能、耐腐蚀性能和抗冲击性能，在经过测试之后才能确定，并且风机的设计寿命一般是20年，对风机的结构安全性能提出了更高的要求。

2、风机的设计

在风机运行过程中通过使用变浆距技术可以有效减低，风机在运营过程中承受的风力载荷，并且在无风的环境中风机可以自动的调整到最大浆叶角的位置，这样在出现风力资源的时候，可以保证风机运行的安全性。在进行风机系统制动的时候，可以利用三套独立的叶片变桨结构来进行安全稳定的制动，在遇到极端的环境的时候，为了很好的保护风力发电机组不受到破坏，一般会提前对风机记性制动，一般是采取启动刹车系统，保证风机的叶片都回到最大桨叶角的位置。主要是风机在运行时的动态载荷是非常大远远超出了静止状态下载荷，因为在预报有极端恶劣的天气的时候，工作人员会预先对风机进行保护，保障风力发电机组的设备安全。

3、风力发电机组的安全保护系统

在风力发电机组工作的过程中还需要对机组进行一定的保护，在风机运行的过程中都是采取自动化控制的，自动控制系统要保障发电机组在无人值班环境下的自动运行，并且将实时的监测数据信息上传给控制系统。其中可编程控制器是风力发电机组自动控制的核心要素，还包括了PLC、各种传感器、控制器和主要的执行设备，通过传感器的数据采集再上传到控制器中，通过计算处理下达给执行设备的下一步指令，从而保障风力发电系统的运行安全性。

四、风力发电机组运行安全控制的主要措施

1、设备的检修

在风机运行过程各个设备的安全质量成为了关键，任何一个设备零配件中的可靠性出现了问题，都会影响到风机的正常运行。这就需要对风机的各项设备进行定期的检测维修，要保障所有的设备零配件的质量过关，各项技术参数都达到了国家的技术要求，在检测的过程中及时的发现问题，有效的排除存在的安全隐患，有效的预防风机运行的风险出现。在检测的过程中还需要对各个设备的零配件之间连接部位进行一定的润滑和紧固，要通过主动预防来有效的提高风机运行的可靠性，这样才能有效的保证工作人员的施工安全和风电系统的安全性。在预报极端天气的时候，工作人员需要预先对所有的设备进行一次快速的临时检测，确保各个风机的运行状态可以抵抗极端天气的变化，并且在极端天气过后还需要对所有的风机和系统进行全面的检测，保障在极端天气过后各个风机组没有产生巨大的变化，还保持着之前的检测状态。

2、风机安装质量的保障

在风力发电机组运行的过程中风机安装的质量直接影响到了风力发电的效益和安全，由于风机运行环境的恶劣，在进行风机安装的时候对紧固件的扭矩值要记性严格的把控，所有的设备结合部位在进行完成之后，还需要对连接部件电气线缆接头进行特殊的检查。因为在风机事故统计中绝大多数的风机是由于连接部门没有有效的进行连接，导致了风机倒塌的事故出现，并且在倒塌之后，由于电力系统的短路产生火花，最终形成了火灾，给风力发电系统造成了无法预估的损失。因此我们在风机安装的时候需要对施工的质量进行严格的控制，在安装施工时候还需要对所有的风机组进行质量的验收和检测，全面的保障风机发现组达到了实际的运行效果。

3、数据监测的分析

在风力发电过程中很多数据信息的变化都会对风机的运行造成一定的影响，在风机运行过程中需要对工作环境的温度、风机的实际转速、电力功率的检测、并网电力数据信息的监测等。在风机高速旋转的过程中产生的机械能也是非常多，并且导致了叶轮的工作温度不断的升高。有可能出现异常数据信息的监测模块主要有发电机组的绕组线圈的温度、控制柜的温度、机舱的实际温度、三相电压、电流、电压等信息，在超出了预期的设定值时我们需要将数据信息及时的上传到控制系统中，并且及时的通过远程控制系统对一些设备进行有效的调控，防止安全事故的发生。

结束语

风力发电机组是实现风能转化成电能的重要系统，利用各种现代技术实现对风力发电机机组的高效控制，有助于提升风能的捕捉率和利用率，所以，为了进一步加大利用风能，需要积极利用现代科学技术，进一步创新风力发电机组控制技术。

参考文献：

[1]刁帅.双馈式风力发电机运行原理及发电控制技术研究[J].中国高新技术企业，2016，（20）：139-140.

[2]郭海涛.风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2016，（4）：6.

[3]姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（1）：44-48.