探析風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測及風(fēng)機運行優(yōu)化

尤禮

摘 要：風(fēng)速的快慢和風(fēng)向的變化都會影響風(fēng)電場功率的大小，發(fā)電功率常受風(fēng)速和風(fēng)向影響呈現(xiàn)波動性。本文首先分析了風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)的組成部分和各部分的作用，然后提出了風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測的幾種方法。接下來總結(jié)了風(fēng)機運行中的常見故障，進而針對這些故障提出風(fēng)機運行優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場 發(fā)電功率預(yù)測 風(fēng)機運行

中圖分類號：TM6文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2020）06-0-01

引言

通過應(yīng)用風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)，可以依據(jù)預(yù)測數(shù)據(jù)的波形，讓調(diào)度人員制定應(yīng)對計劃，采取相應(yīng)措施，使電網(wǎng)系統(tǒng)的運行安全、可靠。此外，風(fēng)電場發(fā)電功率的預(yù)測能夠為合理安排風(fēng)電場的檢修提供支持，還可以提高市場競爭力，降低運行成本，從而帶動風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)展。

一、風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測

風(fēng)電場發(fā)電功率具有隨機變化的特點，甚至在無風(fēng)天氣會表現(xiàn)出間歇性特征。當(dāng)大量電廠并網(wǎng)時，不但影響風(fēng)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，還對電網(wǎng)的發(fā)電效率產(chǎn)生影響。接下來本文將從以下兩個方面介紹風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測的相關(guān)內(nèi)容：

1.預(yù)測系統(tǒng)的組成

風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：一、風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測主機。預(yù)測功率主機可以提供預(yù)先處理數(shù)據(jù)的服務(wù)，還可以提供豐富的數(shù)據(jù)庫。二、NWP服務(wù)器。它可以定量預(yù)測數(shù)值模擬的由濕度、溫度、壓力、與風(fēng)決定的天氣狀態(tài)。三、反向隔離裝置。是應(yīng)用物理方式隔離內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，以避免泄露信息或入侵。物理隔離是用來解決一些網(wǎng)絡(luò)問題的，尤其是需要絕對安全的網(wǎng)絡(luò)。為了防止攻擊和保證這些網(wǎng)絡(luò)的完整性、保密性、安全性及可用性，則必須應(yīng)用物理隔離技術(shù)。四、防火墻。防火墻可以雙向傳輸數(shù)據(jù)，支持TCP/IP協(xié)議。防火墻是利用軟件和硬件作用于外部和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建保護屏障，從而實現(xiàn)對不安全因素的阻斷。物理隔離裝置和防火墻功能上有相同之處但是也有很大區(qū)別，如：防火墻是確保網(wǎng)絡(luò)安全的邊界工具（非軍事區(qū)），安全隔離是保護內(nèi)部的安全。因此由于定位不同，不可取代。五、PC端工作站。PC工作站主要是通過運行用戶的圖形工作界面，用曲線、電子表格等方式顯示預(yù)測結(jié)果，同時操作管理工作系統(tǒng)，并提供相關(guān)配置[1]。

2.預(yù)測方法

風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)是指利用空氣動力學(xué)和熱力學(xué)的原理，采用數(shù)值計算的方法對風(fēng)電場輸出功率進行預(yù)測。具體可以基于風(fēng)速直接預(yù)測和基于功率進行間接預(yù)測，以上方法都是應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來進行功率預(yù)測，也可以應(yīng)用輸入風(fēng)速作為數(shù)據(jù)參考的物理方法，此種方法受外界因素影響較大，例如風(fēng)電場周圍的地形、風(fēng)機高度、機械結(jié)構(gòu)等。物理方法適合于長期預(yù)測風(fēng)機發(fā)電功率，另外也可以利用統(tǒng)計方法，統(tǒng)計方法是指直接用NWP數(shù)據(jù)來預(yù)測風(fēng)電場輸出功率。具體可以采用概率預(yù)測、時間序列、灰色預(yù)測等方法。其中，時間序列法多用于對風(fēng)電場發(fā)電功率的優(yōu)化控制，因為他的數(shù)據(jù)單一，具有高平穩(wěn)性和周期短的特點。在詳細描述輸入和輸出系統(tǒng)關(guān)系時，要建立功率預(yù)測的非線性學(xué)習(xí)模型即解析方程，其中最經(jīng)典和常見的方法就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，因為這種方法具有優(yōu)良的自學(xué)能力和強大的適應(yīng)環(huán)境能力，在識別模式和管理信號方面應(yīng)用廣泛。

二、風(fēng)機的運行優(yōu)化

1.風(fēng)機運行中的常見故障

風(fēng)機介質(zhì)中常有形狀各異、大小不等的顆粒，如輸送氣力的鼓風(fēng)機、除塵的引風(fēng)機等。因為風(fēng)機在氣流中工作，氣流中的顆粒物既要磨損風(fēng)機，又有積灰附著在葉片上。因而破壞轉(zhuǎn)子的平衡，引起振動，縮短使用壽命，甚至可造成風(fēng)機不能工作。尤其是葉片的磨損，它不但破壞流動特性，且容易造成飛車及葉片破裂等重大故障。各種輥類、軸類、減速機、泵類、電機等軸承座、軸承位、螺紋、鍵槽等部位磨損也是普遍發(fā)生的問題，傳統(tǒng)加工補焊機的方法容易引起材質(zhì)損傷，導(dǎo)致斷裂或變形，具有局限性，噴涂和刷鍍加工方法需要外協(xié)，不僅費用高、周期長，而且因材料是金屬，不能完全解決磨損問題，許多部件只能更換，致使生產(chǎn)成本和庫存?zhèn)浼黾?，使資源遭到浪費和閑置。

鏈接電動機和風(fēng)機的聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩和傳遞的不對中也是常見故障，60%的故障來源于不對中。不對中是指電動機、風(fēng)機轉(zhuǎn)子的軸承中心與軸心線出現(xiàn)偏移或傾斜，不對中包括軸承和軸器的不對中。系統(tǒng)產(chǎn)生這一故障后，在旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生對設(shè)備不利的效應(yīng)，造成軸承磨損、聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸變形等，不但使轉(zhuǎn)子的軸承和軸頸位置變化，也降低了軸系的頻率，導(dǎo)致軸承損壞和振動異常[2]。

2.優(yōu)化方法

可以從以下幾個方面進行風(fēng)機運行優(yōu)化：一、優(yōu)化設(shè)計。在進行風(fēng)機設(shè)計時，應(yīng)使其具有良好的動態(tài)特性，避免運行時發(fā)生自激振動或強迫振動，為使風(fēng)機結(jié)構(gòu)合理化，適應(yīng)力集中，設(shè)計轉(zhuǎn)速應(yīng)落入或接近臨近轉(zhuǎn)速區(qū)域，另外還應(yīng)注意準(zhǔn)確計算熱膨脹量，避免發(fā)生熱態(tài)對中不良的現(xiàn)象。二、優(yōu)化零部件制造過程。在進行零部件制造加工時要確保精度，選擇良好的零件材質(zhì)和強度，防止出現(xiàn)制造缺陷，轉(zhuǎn)子動平衡應(yīng)符合技術(shù)相關(guān)要求。三、優(yōu)化安裝過程。應(yīng)合理安裝機械零部件，防止出現(xiàn)錯位、預(yù)負荷大的現(xiàn)象，確保軸系對中良好，機器參數(shù)要精確調(diào)整。以防管道應(yīng)力過大，機器工作過程中安裝精度和動態(tài)特性發(fā)生改變。為確保動平衡精度，轉(zhuǎn)子應(yīng)正確放置。此外，還應(yīng)按規(guī)定定期檢修，以免破壞原有的精度和性質(zhì)。四、優(yōu)化操作過程。工藝參數(shù)要符合設(shè)計值，保證機器正常的運行狀況。機器工作時間要符合設(shè)計規(guī)定，避免機器在超負荷、超轉(zhuǎn)速下運行，改變機器特性，還應(yīng)確保機器良好的冷卻或者潤滑，定期檢查葉輪是否出現(xiàn)結(jié)垢或局部損壞。五、優(yōu)化設(shè)備。機器如果長期運行，會出現(xiàn)動平衡不穩(wěn)或增大轉(zhuǎn)子撓度的現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)部分受損、裂紋或脫落，零件磨損或腐蝕等。所以要定期對機器進行檢修，更換零部件，必要時需要更新設(shè)備，保證配合性質(zhì)和精度。

結(jié)論

綜上所述，風(fēng)電場發(fā)電功率的預(yù)測和風(fēng)速是維護電網(wǎng)運行和穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，所以風(fēng)電場發(fā)電功率的準(zhǔn)確預(yù)測可以提高風(fēng)電企業(yè)的競爭力?，F(xiàn)今我國已經(jīng)設(shè)計出的預(yù)測模型有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)模型。此外，為了提高發(fā)電功率必須優(yōu)化風(fēng)機的運行過程。

參考文獻

[1]王俊雪.風(fēng)電場單機短期風(fēng)電功率預(yù)測方法研究[D].山東建筑大學(xué)，2019.

[2]余平.風(fēng)電場風(fēng)速及風(fēng)電功率預(yù)測方法研究綜述[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019，（01）：214.