风力发电技术及其新型风机电控系统应用研究

摘要：风力发电技术在应对碳排放问题方面具有重大价值，这是一种清洁的发电方式，风力发电机组主要布置在露天的野外环境，工作条件相对苛刻。新型风机电控系统可对电网参数、气象条件、设备运行状态等实现有效的监控，进而对风力发电机组的启停、安全运行等实现控制。以下从技术层面研究了新型风机电控系统，在风力发电中的具体应用策略。

关键词：风力发电技术;新型风机电控系统;应用

引言：

风机电控系统用于对风力发电机组的运行状态进行实时监控，并且根据环境参数、电网参数等控制机组发电过程，新型风机电控系统具备强大的自动化控制能力，能够实现全方位的数据采集、数据监控，并且对部分机组设备的运行起到控制作用，新型风机电控设备在现代化风力发电技术中越发重要。

一、风力发电技术

风力发电技术是利用自然界中的风能推动转子叶片，然后将其以机械能的形式传递到转子轴心上，而轴心和发电机组的低速轴连接在一起，这样就实现了风能—机械能—电能的转换，在当前控制化石燃料使用的大背景之下，这种技术的应用价值受到了广泛的认可[1]。风力发电设备主要包括以下几个部分：①发电机。风力发电中使用的发电机主要包括两种类型，一种是异步发电机（也可称为感应发电机），另一种是同步型发电机，典型的为永磁同步发电机、电励磁同步发电机等。按照叶片布置形式上的差异可将其分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。②转子叶片。风力发电机依靠风力驱动，而转子叶片是其捕获风能的核心组件，叶片包括单叶、双叶以及三叶等多种类型，现阶段主要利用碳纤维复合材料制作高性能的风机叶片。③风机塔。这一部分用于搭载发电机机舱、转子叶片，因为高空出没有过多的遮挡，风能也更为丰富，因而塔身一般可达到40～60m。表1中列举了风力发电机组中的其他组件及其功能。

二、新型风机电控系统及其应用

（一）系统构成

1.風力发电机组控制单元

风力发电机组长期运行于恶劣的环境中，设备的运行及可靠性受到雨水、灰尘、高温、低温等各种因素的影响，进而引发各种类型的故障。在其整个控制系统中，发电机组控制单元是最为核心的设备，部署在各个位置，监控不同设备的运行状态，常见的组件包括了变流器、UPS电源、现场总线通讯系统、以太网交换机、现场主控制器等[2]。这些组件分散部署在发电机组的机舱以及塔筒内。

2.远程监控

新型风机电控系统具备较高的自动化管理水平，大部监控数据都显示在屏幕上，管理人员通过电脑直接观察机组运行状态。其主要由网络通信系统、计算机、服务器、软件、数据库以及显示器等软硬件组成

（二）系统功能及应用

1.数据采集

①电网参数。电控系统在机组运行过程中要实时监控电网的参数，具体包括了电网三相电压、低电压、过电压、电网频率等;②气象参数。对影响发电效果的气象参数进行数据收集，包括了环境温度参数、风向以及风速等数据，这些数据对叶片捕获风能的效果产生了很大的影响，因而在数据采集阶段要提前掌握相关信息;③机组状态参数。除了环境因素和电网因素，风力发电机组各类设备的运行状态也是非常重要的数据采集对象，具体包括了叶轮转速、发电机转速、齿轮邮箱温度、油压、机舱温度等。

2.控制发电机组的启停和发电功能

风力发电系统不同于火力发电，其发电量随着风能而不断变化，因而呈现出不稳定的特点。在启动发电机组之前要密切关注电网当前的状态以及环境条件，当其都满足启动的条件时才可实施，与此同时，还要通过系统偏航装置来调节叶片方向[3]。机组在电控系统的作用下逐步转动起来，进入到待机状态。风力发电机组并网发电具备一定的要求，那就是风力发电机组定子输出的电能和电网在各项参数上保持一致，如相位、频率等。电控系统要对这些数据实施监控，并将其作为控制变流器的依据。虽然风力发电机组的叶片可在各种状态下转动并实现发电，但是最好将其限定在发电效率较高的状态下，电控系统会通过对叶片转速的调节来控制机组功率，使其处于最佳叶尖速比。

3.远程监控系统的功能

现代化的智能风力发电系统基本上都采用了远程智能监控技术，系统通过软件、计算机、以太网等方式将风电设备的运行参数实时地显示在电脑屏幕上，并通过软件系统向管理人员提供了操作的界面和入口，这些电控设备可显示出每一台机组的瞬时发电功率、在特定时间段内的累积发电量以及电机转速等数据信息[4]。

4.监控发电机运行参数

在实际运行当中，发电机组的轴承温度、线圈温度以及滑环室温度对其安全性具有重要的价值，因而在运行的过程中要对这些温度参数进行实时监控，必要时要对其加热或者降温。电控系统利用电加热器和冷却风扇来实现温度控制。

三、结束语

综上，新型风机电控系统利用各种软硬件设备采集、显示以及控制风力发电机组的运行，同时还能提供气象数据支持、电网运行参数检测等功能。风力发电机组的启停、发电效率调节、转速控制、安全控制等均可借助电控系统来实现。

参考文献：

[1]程鹏.风力发电技术及其新型风机电控系统的应用分析[J].中国科技投资，2017（24）.

[2]杨益飞，张伏春，顾立鹏，等.新型风机转轴组件及其控制系统的发展综述[J].机械设计与制造工程，2017，046（008）：11-15.

[3]周盛.变频技术在风力发电机组及风机电气系统中的运用实践[J].军民两用技术与产品，2018（18）：2.

[4]严强.创新型风机的设计方法和风电技术的发展方向[J].风力发电，2018（1）：1-7.

作者简介：姜楠， 1989年07月，男，汉族，籍贯：吉林省白城市，学历：大学本科，职称：助理工程师，研究方向：风力发电类