鄧華森

摘要：風(fēng)力發(fā)電作為可再生清潔能源，能夠?qū)崿F(xiàn)將風(fēng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化為電能加以利用，在能源替代與節(jié)能減排的低碳電力發(fā)展中扮演重要角色。風(fēng)速具有概率隨機(jī)性和參數(shù)模糊性的多重不確定性特征，需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行偏航控制，本文詳細(xì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了分析，并介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;機(jī)組;偏航;控制技術(shù)

0 引言

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源而越來越受到人們的關(guān)注，作為風(fēng)能利用的主要 形式，風(fēng)力發(fā)電備受矚目。風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)向可能會(huì)隨時(shí)變化，這就需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行偏航控制。偏航控制是在可用風(fēng)速范圍內(nèi)對(duì)風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)確控制，從而提高風(fēng)能的利用率。目前偏航角度的測(cè)量通常采用電位計(jì)的方式進(jìn)行，由于電位計(jì)的本身特性缺陷，以及電位計(jì)輸出的信號(hào)極易受到外界的干擾，而且，電位計(jì)的長(zhǎng)期使用也可能會(huì)使得偏航角度對(duì)應(yīng)的信號(hào)出現(xiàn)異常，需要對(duì)偏航角度的測(cè)量方法加以改進(jìn)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)的控制性能。本文首先分析了風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和基本原理，之后闡述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具體的偏航控制技術(shù)。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

1.1 海上風(fēng)電概述

當(dāng)下我國(guó)正在進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，走綠色發(fā)展道路已經(jīng)成為共識(shí)，海上風(fēng)電則是推動(dòng)這一戰(zhàn)略早日落地的重要力量。對(duì)中國(guó)來說尤其如此，我國(guó)沿海11個(gè)省份的GDP約占全國(guó)的一半，總能耗也占全國(guó)的一半左右。對(duì)于這些地區(qū)而言，海上風(fēng)能資源豐富，新能源電力消納能力強(qiáng)，大力發(fā)展海上風(fēng)電將是加快能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程的重要手段。目前我國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了規(guī)?；⑸虡I(yè)化發(fā)展階段。我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，根據(jù)全國(guó)普查成果，我國(guó)5～25米水深、50米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約2億千瓦;5～50米水深、70米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約5億千瓦。根據(jù)各省海上風(fēng)電規(guī)劃，全國(guó)海上風(fēng)電規(guī)劃總量超過8000萬千瓦，重點(diǎn)布局分布在江蘇、浙江、福建、廣東等省市，行業(yè)開發(fā)前景廣闊。近年來海上風(fēng)電得到了大力發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)政策鼓勵(lì)發(fā)展海上風(fēng)電，并走出國(guó)門開始與國(guó)外共同開發(fā)海上風(fēng)電資源。多項(xiàng)海上風(fēng)電政策的發(fā)布將進(jìn)一步促進(jìn)海上風(fēng)電的建設(shè)與發(fā)展。

2013-2017年，我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)新增容量和累計(jì)容量呈逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。2017年，新增裝機(jī)319臺(tái)，新增裝機(jī)容量達(dá)到116萬千瓦，同比增長(zhǎng)96.5%，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到279萬千瓦[2]。未來一段時(shí)間，海上風(fēng)電還有望進(jìn)一步提速。這種情況下，要保障我國(guó)海上風(fēng)電又快又好地發(fā)展，仍有一些隱憂必須盡快排除。首先是政策環(huán)境需要優(yōu)化，其次是必須強(qiáng)化創(chuàng)新力度，最后是加強(qiáng)對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組的性能，推動(dòng)海上風(fēng)電的進(jìn)一步高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

近年來，傳統(tǒng)能源不僅傳出能源緊缺問題，更由于其污染氣體的排放引發(fā)環(huán)境問題而讓人深惡痛絕。全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行，清潔能源正在逐漸取代傳統(tǒng)能源的使用。風(fēng)力發(fā)電作為重要的能源形式，由于其具有節(jié)能減排，取之不盡的特性深受喜愛，未來風(fēng)力發(fā)電發(fā)電在我國(guó)的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括主軸、多級(jí)傳動(dòng)齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)，主軸、多級(jí)傳動(dòng)齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)依次順接，主軸、多級(jí)傳動(dòng)齒輪箱、發(fā)電機(jī)上均設(shè)有加速度傳感器，加速度傳感器設(shè)有信號(hào)線連接頭，信號(hào)線連接頭與振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀連接，這也是一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電廠風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的設(shè)備。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法

風(fēng)電以其清潔環(huán)保的優(yōu)勢(shì)逐漸發(fā)展成目前被廣泛認(rèn)可的可再生能源，然而一些因素也制約了風(fēng)電能源的使用和推廣，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)水平是需要解決的問題之一。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，其包括以下步驟：步驟一是通過本地或遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，獲取預(yù)估的風(fēng)況特征值和風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)初始值;步驟二是根據(jù)預(yù)估的風(fēng)況特征值、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)初始值和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制參數(shù)，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)值;步驟三是將步驟二的風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)值與風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)安全閥值進(jìn)行比較;步驟四是采取降低吸收功率系數(shù)和提高功率輸出的方法，得到修正的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制參數(shù);步驟五是將滿足設(shè)計(jì)安全閥值的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制參數(shù)，作為最終風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的執(zhí)行參數(shù)。采用這種方法提高了風(fēng)電機(jī)組響應(yīng)速度，避免停機(jī)帶來的能量損耗和機(jī)械載荷。

2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)

風(fēng)電目前的技術(shù)較為成熟，應(yīng)用也較為廣泛，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)中，需要測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航角度。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航角度的測(cè)量方法和裝置，該方法需要獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航過程中偏航軸承齒輪帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)同步輸出的至少兩路脈沖信號(hào)。根據(jù)該至少兩路脈沖信號(hào)的周期特性，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航方向。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航方向和該至少兩路脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)統(tǒng)計(jì)，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航角度。采用這種方法，從而可以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航角度的測(cè)量精度。

同時(shí)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)被動(dòng)式偏航制動(dòng)系統(tǒng)，包括偏航制動(dòng)器、偏航齒圈和機(jī)艙主結(jié)構(gòu)，其特征在于偏航制動(dòng)器通過高強(qiáng)度螺栓連接在機(jī)艙主結(jié)構(gòu)上，且高強(qiáng)度連接螺栓孔分布為直線型;機(jī)艙主結(jié)構(gòu)與偏航齒圈之間裝有上摩擦片，上摩擦片支承整個(gè)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量，并提供一部分摩擦制動(dòng)力矩。偏航制動(dòng)器的卡鉗體與偏航齒圈之間分別裝有徑向摩擦片和下摩擦片組件，徑向摩擦片與偏航齒圈耦合并起到徑向彈性支承作用。下摩擦片組件由下摩擦片、碟形彈簧組件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)組成，下摩擦片下面通過碟形彈簧組件連接預(yù)緊機(jī)構(gòu)，由預(yù)緊機(jī)構(gòu)的螺母來調(diào)節(jié)碟簧組件使下下摩擦片產(chǎn)生對(duì)偏航齒圈下表面的壓緊力，與偏航齒圈下表面一起產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力矩。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

能源是人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的資源之一。由于全球能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，各國(guó)都意識(shí)到能源在未來的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)中將發(fā)揮日益重要的作用，紛紛加入到開發(fā)利用新能源的行列中。風(fēng)光等新能源的出現(xiàn)可以有效降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源的過分依賴，緩解當(dāng)前的能源緊張形勢(shì)，而且新能源具有對(duì)環(huán)境污染小和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)，在未來社會(huì)的能源結(jié)構(gòu)中將占有重要地位。

風(fēng)電作為一種可以持續(xù)利用的能源，具有清潔性的優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)電資源在我國(guó)分布十分富裕，隨著對(duì)風(fēng)電資源的不斷利用和發(fā)展，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量也不斷增加。針對(duì)我國(guó)目前的情況來說，對(duì)于并網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的研究還不完善，需要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)技術(shù)的研究，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電性能，擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。在今后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，應(yīng)提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)的技術(shù)水平，采用先進(jìn)的控制算法，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

近年來風(fēng)電的裝機(jī)容量在不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電在系統(tǒng)中的占比不斷提高，可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)重要的能源形式之一。本文系統(tǒng)分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)的原理和具體的控制技術(shù)，在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)中可以加以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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