关于风力发电机及风力发电控制技术分析

关于风力发电机及风力发电控制技术分析

任家琦

华能吐鲁番风力发电有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：在经济、科技、建筑、交通高速发展的新时期下，社会需要的能源也越来越多，但大自然中的能源是有限的，因此可再生资源就显得尤其宝贵。风能是一种常见的、应用领域非常广泛的再生能源，而且开发起来相对容易，成本低、污染小、应用前景十分乐观。本文基于关于风力发电机及风力发电控制技术分析展开论述。

关键词：风力发电机；风力发电；控制技术分析

引言

当前我国发电技术不断进步，可以对天然能量进行有效应用，将其转化为电能，最终实现资源可再生，其发电包括了火力、水力和风力等多种发电技术，而风力发电属于我国应用最多的一种发电技术，风具有很强的可利用性。因此为了使风力能源得到充分利用，我国风力发电技术得到了快速的发展，对我国风力发电厂建设起到了极大的促进作用，同时积极影响了我国的整体电网技术系统。

1风力发电机组工作流程

我国已经是一个集工业和制造业于一体的大国，其能源消耗量远大于其他国家。在全球气候变暖的大背景下，能源成为限制我国经济发展的瓶颈之一，如何利用新能源技术补充和逐步代替化石能源变得十分重要。风力发电场一般是由许多大型风力发电机组构成，就目前设施配置情况而言，常见的风力发电机组由风力机、传动、制动、变桨距系统、发电机以及电子控制系统组成。风力发电机组的工作原理，将捕获的风能转换为机械能，之后转换为电能进行有效输出。首先是风机叶片需通过大于3m/s风带动，发电机内部线圈做切割磁感线运动，进而可产生感应电流，储能装置用电能的形式进行储存。此外，储能电池平稳负荷波动，对风力机组并网环节的稳定运行，也尤为重要。风场发电系统的核心设备是风力机，风轮又是水平轴风力机的最核心部件，风轮叶片顶端线速与风速之比为叶尖速比，是衡量风机功率系数的重要参数。风力机中的回转体，在风向发生变化时，确保机头能水平旋转，使风轮迎风转动。风轮转速常常较慢，通过传动系统提高转数，进而与发电机所需高转速实现匹配。制动系统可实现风机组运行到停机的切换，是风力发电机组不受控情况下最后一道安全屏障，分运动制动和突发制动两种制动方式。目前，变桨距系统已经在风力机组中广泛应用，它主要是通过调节风轮叶片和气流之间的攻角，在风速较小时实现对风能捕获，风速超过额定时，增大攻角控制风轮转速。与之对应的定桨距系统在机组起动、制动、风能利用系数方面，效率远不及变桨距系统。风力发电机类型较多，可大致分为直流型和交流型。

2统计状态分类

风力发电设备可靠性统计主要分为风电机组的可靠性统计评价和风电场的可靠性统计评价。其中，风电机组可靠性统计评价范围以风电机组出口主开关为界，包括风轮、传动变速系统、发电机系统、通信系统以及相应的辅助系统；而风电场可靠性统计评价范围包括风电场内的所有发电设备，除了风电机组外，还包括箱变、汇流线路、主变等。风电机组可靠性统计的状态分类与风电场可靠性统计的状态分类因统计对象不同，在状态分类方面存在一定差异。更新后的状态分类图重点对计划停运进行了进一步细化和分类，计划停运主要包含定期维护与检修、非风电机组类技术改造、风电机组优化类技术改造、风电机组缺陷类技术改造和消缺。对于风电机组而言，计划停运中的定期维护与检修、非风电机组类技术改造以及风电机组优化类技术改造，因机组在开展工作前处于可正常运行状态，故在可靠性统计分析时归为可用状态。而对于风电场而言，因为考虑不同容量大小的场站，定期检修维护的时长存在不同差距，若全部认定为不可用状态，会对场站可靠性的判定带来影响，故定期维护与检修期间风电场应归为可用状态。

3相关措施

为进一步提高风力发电效率，不断降低成本，进一步改善电能质量，减少噪声，最终达到稳定可靠运行的效果，风力发电会逐步向大容量、变转速、直驱化、无刷化、智能化以及微风发电等方向发展，（1）进一步优化机组设计，针对风电发电业务，不仅要加强对设备自身问题的关注，还要有效连接风力发电机组的各个环节，合理控制风力发电设备的可靠性，在对风电机组的选择过程中，要尽可能选择具备大兆瓦和小体积等特点的风电机组，使风电机组的运输更加便利，提高吊装的安全性，合理控制风电场的整体投资。可以通过对叶轮捕风能力和风能转换效率提高等方式，进一步提升设备整体的可靠性，明显增强风电机组的整体工作效率。（2）增强对故障的诊断力度，企业要在风电并网工作过程中，定期组织相关工作人员参与技术培训活动，使风电服务的整体质量可以明显提升。在企业开展技术培训活动时，要加强对风力叶片结构的讲解，重点关注风机故障诊断和维修等环节，还要要求相关工作人员注重风机的日常运行维护工作，对风机的叶片故障原因进行深入分析与研究，选择科学合理的故障诊断技术，及时采取有效的措施，对风机叶片故障进行有效解决。企业还要为相关工作人员提供较多的技术交流机会，进一步实现技术的优化与创新，为电力生产与运行维护提供较大的力量作为支撑。

4风力发电控制技术的发展前景

再生能源的开发、利用是全球范围内都在关注的问题，社会经济越发达，对能源的需求量就越大，因此风力发电技术受到普遍关注。(1)海上风电场技术。与内陆地区相比，海上的风力资源更加丰富，而且主导的风向更具有稳定性，周围环境对风电技术产生的影响比较小，十分有利于海上风电场的发展。然而，有些技术上的难题仍然是不可避免的，比如风电系统保护技术、海上风电场协调控制技术、海上风电场运输技术，如果上述技术问题能够一一得到解决，风力发电技术的稳定性就能大幅度提高。(2)最大风能的捕获技术。发电转速能否达到最好的控制效果是研究风力发电系统的关键，为了保证风电系统的稳定与可靠，需要不断的调控并网开关闭合。捕获最大风能需要不断的调节发电机的扭转功率和桨距，只有这样才能让那个风力发电技术迅速发展。(3)大容量的风电系统。为了满足社会日益增加的能源需求量，兆瓦级的大容量机组成为主要的发展趋势，可以最大限度的提高发电设备的利用效率，避免资源浪费，尽可能地给风电产业带来经济效益。然而，大容量机组在技术上实现起来非常困难，增加容量意味着要进一步改进风力发电设备、控制技术和各种材料，提高了工作难度。目前来讲，直驱式的永磁风力发电机以及多极永磁发电机是主要的参考对象，更是设计大容量机组的技术指导依据。

结束语

综上所述，风力发电设备可靠性的统计与分析对于评价和考核场站设备运行维护状况以及风电机组选型都具有非常重要的参考价值，是新能源公司推进精细化管理的重要手段。目前，风力发电设备可靠性的统计分析涉及数据量庞大，计算任务繁重，通过人工计算和分析存在较大困难，后续可通过规划建设相关生产管理信息系统，利用大数据平台及智能分析应用来实现高效分析及应用。

参考文献

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