風力發(fā)電技術(shù)及其新型風機電控系統(tǒng)應(yīng)用研究

摘要：風力發(fā)電技術(shù)在應(yīng)對碳排放問題方面具有重大價值，這是一種清潔的發(fā)電方式，風力發(fā)電機組主要布置在露天的野外環(huán)境，工作條件相對苛刻。新型風機電控系統(tǒng)可對電網(wǎng)參數(shù)、氣象條件、設(shè)備運行狀態(tài)等實現(xiàn)有效的監(jiān)控，進而對風力發(fā)電機組的啟停、安全運行等實現(xiàn)控制。以下從技術(shù)層面研究了新型風機電控系統(tǒng)，在風力發(fā)電中的具體應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電技術(shù);新型風機電控系統(tǒng);應(yīng)用

引言：

風機電控系統(tǒng)用于對風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并且根據(jù)環(huán)境參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)等控制機組發(fā)電過程，新型風機電控系統(tǒng)具備強大的自動化控制能力，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控，并且對部分機組設(shè)備的運行起到控制作用，新型風機電控設(shè)備在現(xiàn)代化風力發(fā)電技術(shù)中越發(fā)重要。

一、風力發(fā)電技術(shù)

風力發(fā)電技術(shù)是利用自然界中的風能推動轉(zhuǎn)子葉片，然后將其以機械能的形式傳遞到轉(zhuǎn)子軸心上，而軸心和發(fā)電機組的低速軸連接在一起，這樣就實現(xiàn)了風能—機械能—電能的轉(zhuǎn)換，在當前控制化石燃料使用的大背景之下，這種技術(shù)的應(yīng)用價值受到了廣泛的認可[1]。風力發(fā)電設(shè)備主要包括以下幾個部分：①發(fā)電機。風力發(fā)電中使用的發(fā)電機主要包括兩種類型，一種是異步發(fā)電機（也可稱為感應(yīng)發(fā)電機），另一種是同步型發(fā)電機，典型的為永磁同步發(fā)電機、電勵磁同步發(fā)電機等。按照葉片布置形式上的差異可將其分為水平軸風力發(fā)電機和垂直軸風力發(fā)電機。②轉(zhuǎn)子葉片。風力發(fā)電機依靠風力驅(qū)動，而轉(zhuǎn)子葉片是其捕獲風能的核心組件，葉片包括單葉、雙葉以及三葉等多種類型，現(xiàn)階段主要利用碳纖維復(fù)合材料制作高性能的風機葉片。③風機塔。這一部分用于搭載發(fā)電機機艙、轉(zhuǎn)子葉片，因為高空出沒有過多的遮擋，風能也更為豐富，因而塔身一般可達到40～60m。表1中列舉了風力發(fā)電機組中的其他組件及其功能。

二、新型風機電控系統(tǒng)及其應(yīng)用

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

1.風力發(fā)電機組控制單元

風力發(fā)電機組長期運行于惡劣的環(huán)境中，設(shè)備的運行及可靠性受到雨水、灰塵、高溫、低溫等各種因素的影響，進而引發(fā)各種類型的故障。在其整個控制系統(tǒng)中，發(fā)電機組控制單元是最為核心的設(shè)備，部署在各個位置，監(jiān)控不同設(shè)備的運行狀態(tài)，常見的組件包括了變流器、UPS電源、現(xiàn)場總線通訊系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機、現(xiàn)場主控制器等[2]。這些組件分散部署在發(fā)電機組的機艙以及塔筒內(nèi)。

2.遠程監(jiān)控

新型風機電控系統(tǒng)具備較高的自動化管理水平，大部監(jiān)控數(shù)據(jù)都顯示在屏幕上，管理人員通過電腦直接觀察機組運行狀態(tài)。其主要由網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、計算機、服務(wù)器、軟件、數(shù)據(jù)庫以及顯示器等軟硬件組成

（二）系統(tǒng)功能及應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)采集

①電網(wǎng)參數(shù)。電控系統(tǒng)在機組運行過程中要實時監(jiān)控電網(wǎng)的參數(shù)，具體包括了電網(wǎng)三相電壓、低電壓、過電壓、電網(wǎng)頻率等;②氣象參數(shù)。對影響發(fā)電效果的氣象參數(shù)進行數(shù)據(jù)收集，包括了環(huán)境溫度參數(shù)、風向以及風速等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對葉片捕獲風能的效果產(chǎn)生了很大的影響，因而在數(shù)據(jù)采集階段要提前掌握相關(guān)信息;③機組狀態(tài)參數(shù)。除了環(huán)境因素和電網(wǎng)因素，風力發(fā)電機組各類設(shè)備的運行狀態(tài)也是非常重要的數(shù)據(jù)采集對象，具體包括了葉輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、齒輪郵箱溫度、油壓、機艙溫度等。

2.控制發(fā)電機組的啟停和發(fā)電功能

風力發(fā)電系統(tǒng)不同于火力發(fā)電，其發(fā)電量隨著風能而不斷變化，因而呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的特點。在啟動發(fā)電機組之前要密切關(guān)注電網(wǎng)當前的狀態(tài)以及環(huán)境條件，當其都滿足啟動的條件時才可實施，與此同時，還要通過系統(tǒng)偏航裝置來調(diào)節(jié)葉片方向[3]。機組在電控系統(tǒng)的作用下逐步轉(zhuǎn)動起來，進入到待機狀態(tài)。風力發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電具備一定的要求，那就是風力發(fā)電機組定子輸出的電能和電網(wǎng)在各項參數(shù)上保持一致，如相位、頻率等。電控系統(tǒng)要對這些數(shù)據(jù)實施監(jiān)控，并將其作為控制變流器的依據(jù)。雖然風力發(fā)電機組的葉片可在各種狀態(tài)下轉(zhuǎn)動并實現(xiàn)發(fā)電，但是最好將其限定在發(fā)電效率較高的狀態(tài)下，電控系統(tǒng)會通過對葉片轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來控制機組功率，使其處于最佳葉尖速比。

3.遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能

現(xiàn)代化的智能風力發(fā)電系統(tǒng)基本上都采用了遠程智能監(jiān)控技術(shù)，系統(tǒng)通過軟件、計算機、以太網(wǎng)等方式將風電設(shè)備的運行參數(shù)實時地顯示在電腦屏幕上，并通過軟件系統(tǒng)向管理人員提供了操作的界面和入口，這些電控設(shè)備可顯示出每一臺機組的瞬時發(fā)電功率、在特定時間段內(nèi)的累積發(fā)電量以及電機轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)信息[4]。

4.監(jiān)控發(fā)電機運行參數(shù)

在實際運行當中，發(fā)電機組的軸承溫度、線圈溫度以及滑環(huán)室溫度對其安全性具有重要的價值，因而在運行的過程中要對這些溫度參數(shù)進行實時監(jiān)控，必要時要對其加熱或者降溫。電控系統(tǒng)利用電加熱器和冷卻風扇來實現(xiàn)溫度控制。

三、結(jié)束語

綜上，新型風機電控系統(tǒng)利用各種軟硬件設(shè)備采集、顯示以及控制風力發(fā)電機組的運行，同時還能提供氣象數(shù)據(jù)支持、電網(wǎng)運行參數(shù)檢測等功能。風力發(fā)電機組的啟停、發(fā)電效率調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速控制、安全控制等均可借助電控系統(tǒng)來實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]程鵬.風力發(fā)電技術(shù)及其新型風機電控系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].中國科技投資，2017（24）.

[2]楊益飛，張伏春，顧立鵬，等.新型風機轉(zhuǎn)軸組件及其控制系統(tǒng)的發(fā)展綜述[J].機械設(shè)計與制造工程，2017，046（008）：11-15.

[3]周盛.變頻技術(shù)在風力發(fā)電機組及風機電氣系統(tǒng)中的運用實踐[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018（18）：2.

[4]嚴強.創(chuàng)新型風機的設(shè)計方法和風電技術(shù)的發(fā)展方向[J].風力發(fā)電，2018（1）：1-7.

作者簡介：姜楠， 1989年07月，男，漢族，籍貫：吉林省白城市，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：助理工程師，研究方向：風力發(fā)電類