2019 年，我國的風(fēng)力發(fā)電裝機容量達(dá)到了 2574 萬千瓦，其中云南、廣州風(fēng)電利用小時數(shù)都超過了 2600 小時以上，可見風(fēng)電發(fā)展迅猛。然而，風(fēng)力發(fā)電因為季節(jié)、風(fēng)速、設(shè)備、線纜、技術(shù)等影響導(dǎo)致電場的設(shè)計發(fā)電目標(biāo)很難達(dá)成，其發(fā)電運行提質(zhì)增效一直都是熱門話題。筆者將目前最關(guān)注的風(fēng)向矯正技術(shù)、葉片捕能效率提升技術(shù)、最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制策略方法、雙饋 - 鼠籠電機雙模控制技術(shù)、優(yōu)化改進(jìn)潤滑技術(shù)、鋁合金線纜和母線槽應(yīng)用分別介紹，希望對此類工作有所幫助。

　　1  影響大型風(fēng)電場發(fā)電效率的因素

　　(1)環(huán)境因素：其中最重要的便是季節(jié)變化導(dǎo)致的溫度、濕度、氣壓、擾動氣流等對風(fēng)力發(fā)電機的影響。例如，溫度、濕度綜合作用導(dǎo)致的風(fēng)電電機葉片腐蝕，空氣流動速度過小導(dǎo)致發(fā)電能力降低等。(2)設(shè)備因素：機組對風(fēng)策略存在偏差或風(fēng)向信號誤差引起，機組風(fēng)輪無法垂直迎風(fēng)，降低風(fēng)能吸收，增加設(shè)備疲勞載荷;葉片捕獲風(fēng)能效率，主要影響因素有葉片氣動參數(shù)與風(fēng)況不匹配、葉片安裝角度偏差、葉片污染和葉片結(jié)冰覆霜，影響葉片氣動性能;機組機械部件潤滑不良，導(dǎo)致機械磨損損耗增加，能量轉(zhuǎn)換效率降低;線纜以及母線質(zhì)量不佳，例如，銅芯電纜導(dǎo)電性能差，會導(dǎo)致一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能流失，從而降低了輸出功率;設(shè)備運行穩(wěn)定性差，可利用率降低，導(dǎo)致風(fēng)資源利用系數(shù)較小。(3)技術(shù)因素：技術(shù)約束、網(wǎng)架因素導(dǎo)致的棄風(fēng)電量，棄風(fēng)電量越大，風(fēng)電場損失越大，因此，如何減小棄風(fēng)電量成為我國風(fēng)電場最為關(guān)注的技術(shù)話題。

　　2  風(fēng)電場發(fā)電運行提質(zhì)增效策略

　　2.1  積極緩解環(huán)境影響風(fēng)力發(fā)電機組是將機械能，即風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，風(fēng)力帶動機組風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，然后，通過增速機給發(fā)電機增速，來實現(xiàn)發(fā)電目的。一般情況下，風(fēng)速 3.0m/s 便可以輕易使得風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，對外輸送功率。這其中風(fēng)速、方向、溫度、濕度等形成綜合影響，會作用于葉片影響其發(fā)電效率。其中風(fēng)向一般來說影響較小，因為風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)有風(fēng)向追蹤系統(tǒng)，能夠動態(tài)改變風(fēng)電機組對風(fēng)角度，但若是風(fēng)向追蹤系統(tǒng)發(fā)生故障，風(fēng)電機組就失去了風(fēng)向捕捉功能，發(fā)電效率自然下降。另外，發(fā)電機組周圍環(huán)境如氣溫、濕度、氣壓等存在早晚較大波動，直接導(dǎo)致發(fā)電機組的發(fā)電效率也會出現(xiàn)相應(yīng)的明顯的改變。為了應(yīng)對這樣的環(huán)境影響，研究人員要建立合理的控制策略，要對風(fēng)電機組進(jìn)行很好的動態(tài)控制。需要積極地測量環(huán)境氣溫、濕度、氣壓等有關(guān)參數(shù)，憑借這些數(shù)值來調(diào)整策略，要確保扭矩最適合，這樣才能使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和葉尖速比達(dá)到最佳狀態(tài)。這樣的處理可以使得風(fēng)力發(fā)電機組能更好地吸收風(fēng)能，有效地提高風(fēng)力發(fā)電機輸出功率。可以融入地面垂直光雷達(dá)設(shè)備，該設(shè)備具有精準(zhǔn)的空氣氣溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、湍流、氣壓等測量能力。該設(shè)備對于 0 ～ 80 米范圍內(nèi)的風(fēng)速都能做到正確顯示，最大精度達(dá)到了 0.01m/s。只是該設(shè)備一般主要用在了海上風(fēng)力資源評估，能夠很明顯地減少海上測風(fēng)塔的投資成本。

　　2.2  大力提升設(shè)備發(fā)電效率。

　　2.2.1  糾正機組對風(fēng)偏差(1)精確測量風(fēng)速。風(fēng)機功率曲線指的是“風(fēng)機風(fēng)速 ——風(fēng)機功率”的關(guān)系曲線。如果風(fēng)速測量不準(zhǔn)確，必然影響功率曲線。機組功率控制優(yōu)化，首先，要考慮風(fēng)速傳感器特性和風(fēng)速傳遞特性的影響，如采用數(shù)字信號脈沖風(fēng)速傳感器，核對風(fēng)速儀增益和偏移參數(shù)，風(fēng)機主控系統(tǒng)中正確配置不同傳感器參數(shù)，采用模擬信號風(fēng)速傳感器信號類型選配與主控采集模塊量程一致。 ①機組風(fēng)速儀參數(shù)的設(shè)置。數(shù)字脈沖式風(fēng)速儀的風(fēng)速計算公式如下： v=Gain·f+Offset 式中，Gain 為風(fēng)速儀增益;f 為風(fēng)速儀測量頻率;Offset 為風(fēng)速儀偏移。 ②參數(shù)對風(fēng)速的影響。如果風(fēng)速儀參數(shù)設(shè)置錯誤，將會引起測量誤差偏大，影響最優(yōu)控制策略。如表 1 所示將某品牌風(fēng)速儀參數(shù)按照其他廠家參數(shù)設(shè)定，會出現(xiàn)明顯偏差。可以看出，當(dāng)實際風(fēng)速 10m/s 左右時，測量值會出現(xiàn) 0.5m/s 左右的偏差，而實際風(fēng)速 20m/s 左右時，測量值會出現(xiàn) 1.5m/s 左右的偏差。

　　(2)糾正風(fēng)向偏差。風(fēng)向標(biāo)安裝傾斜，會影響風(fēng)機的風(fēng)能吸收系數(shù)。如果僅從掃風(fēng)面積考慮，相當(dāng)于通過風(fēng)輪的掃風(fēng)面積減小，如果風(fēng)向標(biāo)偏差角度為 ϕ，則實際掃風(fēng)面積為：SA=S· cosϕ，所以需要精確安裝風(fēng)向標(biāo)對提升機組發(fā)電效率至關(guān)重要。當(dāng)然，風(fēng)向偏差同時也影響了葉片的風(fēng)能吸收效率。檢查風(fēng)向標(biāo)底座 0 刻度。手動將風(fēng)向標(biāo)風(fēng)標(biāo)對正底座 0 刻度，在機艙面板觀察相對風(fēng)向是否為 0°左右。風(fēng)向標(biāo)零刻度可能存在偏斜，即 0 刻度本身不準(zhǔn)確，則按照實際的 0 位置進(jìn)行安裝。檢查風(fēng)向標(biāo)是否工作正常。手動將風(fēng)向標(biāo)風(fēng)標(biāo) 180°背對底座 0 刻度， 在機艙面板觀察相對風(fēng)向是否為 ±180°左右。來回晃動風(fēng)向標(biāo)，觀察數(shù)值變化是否正確。

　　2.2.2  優(yōu)化調(diào)整控制策略風(fēng)力發(fā)電機組中自然風(fēng)能吸收的功率： (1)風(fēng)力發(fā)電機機組輸出的功率： (2)式中，ρ 為空氣密度，kg/m3 ;S 為風(fēng)輪掃風(fēng)面積，m2 ;U 為風(fēng)速，m/s;Cp 為風(fēng)能利用系數(shù);λ 為葉尖速比;β 為葉片槳距角，rad/s;η 為機組效率，包括機械效率、電氣效率。由公式(1)、(2)可知，要提升單機發(fā)電量，就需要提升機組從風(fēng)能中吸收的功率和風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率。對于已投入運行的風(fēng)場，在不增加和更換機組硬件的情況下，主要從風(fēng)能利用系數(shù)和機組效率方面優(yōu)化。風(fēng)能利用系數(shù)是葉尖速比 λ 和槳距角 β 的函數(shù)。風(fēng)能利用系數(shù)的最優(yōu)控制就是通過控制算法追蹤最佳葉尖速比控制實現(xiàn)。如圖 3，當(dāng)槳距角維持不變，機組在最佳葉尖速比時，風(fēng)能利用系數(shù)最大。

　　2.3 做好日常維護(hù)，提升技術(shù)人員技術(shù)能力和職業(yè)素養(yǎng)風(fēng)力發(fā)電場的的提質(zhì)增效主要在于日常設(shè)備維護(hù)，而該項工作對技術(shù)人員有著很高的要求，除了技術(shù)外，還需要擁有良好的道德素養(yǎng)。這樣才能保證日常維護(hù)工作的順利開展。日常要求技術(shù)人員能夠正確“看”“聽”，能夠正確動手操作。所謂看，就是能夠觀察線纜電路是否存在松動、位移;電纜是否漏電或者出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，元件是否產(chǎn)生了明顯的放電情況;發(fā)電機和輪轂接地碳刷是否接觸良好;觀察液壓站中的壓力表數(shù)值是否在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi);齒輪等傳動組成是否出現(xiàn)明顯磨損。所謂聽，指的是能夠通過雙耳來傾聽控制柜中是否出現(xiàn)放電，若是出現(xiàn)對應(yīng)的聲音說明存在接觸不良，需要詳細(xì)檢查。另外，需要認(rèn)真觀察齒輪箱、軸承是否異常，閘盤閘墊間是否出現(xiàn)異常聲響。動手操作則是指工作人員可以通過切實行動來檢驗設(shè)備，例如，對葉片收槳展開測試防止其失效，能夠檢驗潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)功能保證其處在正常狀態(tài)，對發(fā)生的不良狀況具有對應(yīng)的處理能力。需要工作人員作為日志并展開內(nèi)部交流，能夠總結(jié)經(jīng)驗提升技術(shù)水平。

　　2.4 電場日常管理、庫房管理工作要到位需要積極地改良電場日常管理水平，因為日常管理關(guān)乎人、財、物、信息的管理，只有很好做好這些工作，才能確保整個電場健康可持續(xù)發(fā)展。為了實現(xiàn)全體人員有效工作，需要推出科學(xué)系統(tǒng)的考核機制，確使所有人能夠積極提升自己能力做好本職工作，降低運行成本，提升電場效益。其中庫房備件的管理十分重要。這是因為一般風(fēng)電場遠(yuǎn)離居住區(qū)交通并不是非常順利，一般備件若是斷檔，物流發(fā)送到位，也需要五天以上甚至于更長時間。這就要求庫房必須結(jié)合信息化技術(shù)做好具體的管理工作，保證備件的及時供應(yīng)以及有效庫存量。筆者認(rèn)為，其中結(jié)合日常故障形成數(shù)據(jù)庫管理總結(jié)出損耗最大的元件，這樣可以提升備件儲備能力。

　　3  結(jié)語

　　總而言之，風(fēng)電場的提質(zhì)增效是貫穿始終的工作，這是因為風(fēng)電場設(shè)備都會逐漸老化，需要具體的各類技術(shù)來展開檢測、維護(hù)、更換等工作，這些工作質(zhì)量自然而然關(guān)乎提質(zhì)增效的成績，這就意味著，培養(yǎng)高能力的工作團隊是提質(zhì)增效的關(guān)鍵。

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　　《淺析大型風(fēng)電場發(fā)電運行提質(zhì)增效技術(shù)》來源：《中國設(shè)備工程》，作者：韓常仲