陆上风电风机设备选型与运行经验探讨

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　　摘 要：风力发电机在风电场的建设过程中一直都发挥着重要的作用。风力发电机在使用的过程中也会受到环境、交通运输和其他多种条件的制约。但是，从具体选型的时候，一定要先分析工作中的相关经验，之后再通过结合实际的情况，真正考虑一些分析问题的方法。
　　关键词：风电风机设备；选型策略；运行经验
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.170
　　0 引言
　　风力发电机组一直都在风电场建设中发挥着重要的作用。风电机组的选型在整个过程中也显得非常重要。选型的好坏甚至直接关系到风电场本身的经济效益。因此，本文对风电机组的选型进行全面的分析。再通过探讨一些运行的经验来确保风电风机运行的合理性，最终使得风电场建设的更好[1]。
　　1 研究背景
　　我国拥有非常丰富的风力资源，实际可开发的风能资源已经达到2.53亿千瓦，近海风场可以开发的风能资源是陆上的3倍。目前，我国风机制造商中确实涌现出现了一些好的发展机遇，各类新能源和风力发电技术也相对比较成熟。另外，风力发电的规模较大，成本也较低，受到了国家人员的高度重视。国内的风机制造业是以国家廉价的人工成本和雄厚的制造技术为基础的，在发展的过程中面临着良好的机遇，所以势必会在国际市场上也大有作为。
　　虽然我国的风力发电面临着众多的优势，但是我国风电设备制造业也存在着众多的风险，行业的竞争也势必变得越来越激烈。我国的风机制造业几乎是从零开始，现已经掌握了整机和零件制造技术，并迅速实现了批量生产。包括叶片、齿轮箱和发电机也已经在研制过后投入了批量的生产。但电控系统的研制还需要经历漫长的一个过程。
　　2 风电风机技术的现状
　　从当前风电风机技术发展的过程来看，可以根据发电机的类型、发电机的尺寸和变流器的功能将风电机分成双馈异步式发电机和直驱式风电机。具体使用的过程如下：
　　2.1 双馈异步式
　　依据双馈概念采用1个绕线式转子异步发电机，之后再通过滑环将绕线的转子和小型的变流器相互连接。发电机先直接连接电网中的定子来介入2/3的额定功率。之后再通过转子接入1/3的额定功率。变流器主要可以用来控制发电机的速度和功率因数，并让机组在更宽的发电速度范围内运行。另外，变流器也应该有支撑电网的能力。另外，如果能够在选型的过程中选择1/3的小功率的变流器，那么就可以满足风力发电的要求。最终也就能够让发电机运行时候的额定转速控制在一定的范围内。
　　双馈异步式发电机的优势主要有如下几点：第一，可以让发电机有效地进行变速运行，从而更好地提高发电量。第二，在实际操作的过程中可以配合1/3额定功率的小型变流器来有效地进行操作。第三，全面提供无功功率来有效地支撑电网。第四，全面提高整个系统的效率。第五，整个发电方案的技术非常先进，且能够满足操作的原则。
　　2.2 全直驱式
　　在运用全功率变流器的过程中，可以直接将发电机、机械传动器和电网有效地隔离起来。所有电机发电功率都会直接以变流器为媒介流入电网内部。因此，在实际操作的过程中，可以通过运用同步的异步发电机来直接提供发电机的转矩，从而有效地控制速度。
　　全直驱式的变流器在使用的过程中主要可以表现出如下几点优势：第一，在全直驱式的背景下，发电机和电网之间的影响可以被消除到最小。第二，当电网内部出现故障时，在全直驱式的背景下，可以最大限度地减少对风机产生的冲击[3]。第三，在全直驱式的背景下，可以保证整个电网被控制在速度范围内，并有效地提升全年的发电量。第四，在全直驱式的背景下，内部的功率可以被更好地控制。
　　2.3 半直驱式
　　半直驱式本身也属于直驱式的表现方式。在半直驱式的背景下，主要可以中速变流器和小型的发电机相互结合，并更好地被使用。其主要的优势可以表现在如下几个方面：第一，风电机组的转速相对较低，从而有效地降低机械的应力。第二，半直驱式的风电机组的重量比较轻，本身的尺寸也比较小，所以在使用的过程中能够表现出一定的优势。
　　3 风电风机设备的选型
　　在进行风电风机选型的过程中，可以根据相关的原则进行有效地开发，只有這样才能够在降低工程造价的基础上实现资源的优化配置。主要的原则主要包括如下几个方面：第一，在进行风电机组选型的过程中，要先对风能资源全面进行评估，之后才能够选择合适的风电机组。第二，在实际运输和安装的过程中，需要先有效地了解运输和安装的条件，并在之后确定单机容量。第三，在操作的过程中可以先分析气候条件，之后再选择合适的机型。第四，需要对配套的设备进行投资评估，之后再有效地估算风电机组的价格。第五，有效地了解设备的有关参数，并保证其控制方式的先进性和成熟性，并在之后做好技术经济的哦比较工作。第六，先要对机器的成本进行全面的了解，之后再有效地做好控制工作。第七，利用软件计算出整个过程中的发电量。一般而言，只要严格地按照上述的原则来进行风电风机的选型，才能够选到合适的风电风机设备。
　　4 风机组选型时的注意事项
　　在进行风机组选型的过程中，需要注意如下几点内容：第一，根据《风力发电机组安全要求》的规定，可以先分析轮毂的年平均风速和湍流的强度，从而将风电机组分成4个等级。在实际执行的过程中，可以根据风机的地址选择有效的安全等级。最后再根据气温的范围来确定标准型号的机组。在沿海地区，大家也需要对风机组的防腐性提出更高的要求。第二，要尽可能选择容量较大且配合变桨变速技术的机型，从而也就能够在减少风电机组数量的基础上增加发电量。这样也就能够在减少土地面积和吊装次数的基础上来提高经济效益。采用大型的机组一方面能够通过提高输电电压来降低成本，另外一方面也能够在短时间内找到备用品。第三，应该注意风机组本身的价格和基础费用。如果单机容量在建设时表现的不同，那么应该先比较配套设备和设施的费用，之后尽可能地选择价格较低的设备。第四，厂家应该设置专门的服务机构和服务设施来负责风机的维修。 　　5 实际运行案例分析
　　5.1 风电场运行的情况
　　在建设安城风电场一期的过程中，2012年3月33台风机全部并网发电，2013年累计实现11144.7萬kWh的年发电量，设备的利用率一度高达99.32%。
　　5.2 投入运行设备的主要原因和处理方式
　　设备在运行的过程中主要会出现如下几点故障：第一，设备在运
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　　行的过程中出现严重偏航的现象，在更换接触器之后有所好转。第二，在使用的过程中，设备内部的叶片损坏，需返厂进行维修。第三，叶轮转速和发电机的转速出现多次不匹配的现象，需及时更换风轮的转速和传感器。第四，风电机组在使用过程中出现通讯中断的现象，更换了顶部控制器插板。第五，在使用的过程中，叶片出现了开裂的现象，雷杆出现了断裂的现象，需返厂进行整改维修。第六，在使用的过程中，变桨的电池出现故障。是因为电池质量不佳和老化造成的，需要及时更换电池组。第七，气象站设备出现质量的问题，在更换了风速仪之后逐渐好转。第八，滑环在使用的过程中存在设计缺陷，后在更换滑环之后使得其质量变得更好。第九，风电机组在使用的过程中经常会出现包括叶片被损坏、电压操作错误、PLC模块使用错误、程序错误和通讯中断等诸多问题。在找相关人员进行维修之后，故障得以排除。
　　以上这些故障多数都是由于设备本身的质量引起的，但是在及时调试之后都可以让其有效地恢复运行，并在使用的过程中不存在较多的安全隐患。
　　6 设备质量和售后评价
　　风机的变桨电机内部的轴承出现了较高的故障。在经过检查之后不得已加大了变桨电机制动力矩，并验证其操作的过程是否能够满足抗台的要求。在使用的过程中，经常会因为变桨系统内部的容量不足，从而使得变桨机电、驱动模块和其他部件经常出现被损坏的现象。另外，风电变频器系统在第一年运行的过程中，其水冷系统经常发生故障，变桨蓄电池也经常因此出现老化，内部的曲线值也没有能够达到实际的理论值。
　　在建设的过程中还存在着如下几点问题：第一，在维修的过程中不能够提供全面的维修资料。不仅不能够提供控制程序中的参数、元器件的产品说明书和其他资料，甚至也不能够提供与风机控制相关的逻辑图。第二，厂家的工作人员在风机设备投产之后不能及时到现场进行调试和消缺，之后没有对有关人员及时进行培训。
　　7 结束语
　　综上所述，研究陆上风电风机设备的选型和运行的经验显得非常重要。这样不仅能够保证整个设备在更加合理的范围内运行，而且还能够提高整体的经济效益，从而使得风电机组运行的更加稳定，最终保证风电机组更加安全可靠地运行。
　　参考文献：
　　[1]李小洁，王鹏，王军.南乌牛二级站主机组设备运行现状及设计选型建议[J].现代农业科技，2016（09）：202-204.
　　[2]陈金枫.陆上风电风机设备选型与运行经验[J].能源与环境，2016（05）：60-61.
　　[3]陈新本.变频调速设备在电厂辅机设备上的应用[D].山东大学，2017（03）：59-63.
　　[4]薛晓丹，林海英.风力发电对生态环境的影响—以大连地区为例[J].北方环境，2017（03）：169-174.
　　作者简介：谢春生（1973-），男，山东青岛人，本科，副总工程师，高级技师，研究方向：清洁能源。
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