风力发电机组信息检测的优化方案

风电作为间歇性电源，具有短期波动性。若大规模接入电网会对电网产生不良影响，从而要求接入电网的风力发电机组的电气特性必须符合相关技术标准的要求。风力发电机组检测技术和检测信息可以为解决风力发电机组故障诊断提供技术支持，为风力发电机组优化控制策略提供帮助，有助于新型风力发电机组的研制。目前的风力发电机组测试项目主要包括功率特性测试、电能质量测试、噪声测试、载荷测试等。功率特性是风力发电机组最重要的系统特性之一，与风力发电机组的发电量有直接关系；需要同时测量风速和风力发电机组的发电功率，得到表示风速与功率对应关系的功率曲线、功率系数以及风力发电机组在不同的年平均风速下的年发电量估算值。这里的电能质量测试包括风力发电机组额定参数、最大允许功率验证、最大测量功率、无功功率测量、电压波动和闪变以及谐波。大规模安装风力发电机组会带来一系列环境问题，因此，需要对噪声进行测试。噪声测试需要同时测量噪声的声压级和功率，然后根据功率曲线将功率折算为风速，得到不同风速对应的声压级。为了保证风力发电机组的长期安全稳定运行，需要对风力发电机组在不同风速下各种运行状态的机械载荷进行分析。含有信息检测的风力发电机组框图如图8-1所示。

图8-1　含有信息检测的风力发电机组框图

常用的信号采集有以下方法：

（1）对数据的检测常用直接观察法。即根据经验对机器或设备的状态做出直接判断（识别），一般观察对象为静止的且能直接观察到的部件。常利用光纤探头、光学内孔检查仪、铸件内表面检查仪、红外测温仪、热敏涂料、电磁涂料等。

（2）系统性能测定。一种是利用系统输入输出之间的关系来反映系统运行状态，根据二者关系偏离正常状态的具体情况来判断系统可能的故障；另一种是利用两个输出变量之间的关系来识别系统的特性。

对于风力发电系统，需要测量的传统的电气物理量主要有电流、电压、铁芯温度、轴承振动等。随着风力发电机组容量的增加，对风力发电机组物理量或信息的监测更加广泛，需要检测轴承润滑油内杂质含量、发电机转速、漏磁通、齿轮箱油温等。

风力发电机组各种信息和物理量的检测主要是利用传感器（把翻译系统状态的物理或化学变化的信息取出来转变为信号传递或记录下来以供后续的诊断使用，转变后的信号通常是易于处理的电压或电流信号）和各种电气测量仪器设备来完成。一些非电量的物理量需要选择适当的传感器并采用合理的布置以获取完整而可信的实测数据。根据所测量和传递的物理量的不同，传感器可以分为力学传感器、光学检测传感器、热学检测传感器、声学检测传感器及振动监测传感器等。对风力发电机组的检测需要传感器有温度传感器、转速传感器、振动传感器、力矩传感器、电磁传感器以及磨损检测传感器等，当然电压、电流的测量是必需的。数据采集系统（或数据采集器）将各个传感器及相关测量元件的检测数据进行汇总，一般包括多路转换器、采样保持器和模拟转换器。(www.xing528.com)

转速是指发电机转速和风轮转速。转速测量信号用于控制风力发电机组并网和脱网，还可用于启动超速保护系统，当风轮转速超过设定值或发电机转速超过设定值时，超速保护动作，风力发电机组停机。风轮转速和发电机转速可以相互校验，如果不符，则提示风力发电机组故障。另外，在变速风力发电机组中，需要根据风速的变化来调节转速，从而以最优的叶尖速比运行，并获得该风速下最大风功率系数，实现最大功率跟踪控制。

温度的检测包括齿轮箱油温、高速轴承温度、发电机温度、主轴承温度、控制盘温度（对于恒速机组主要是晶闸管的温度）以及控制器环境温度。由于温度过高引起风力发电机组退出运行后，在温度降至容许值时，仍可自启动风力发电机组运行。另外，温度信息也是进行齿轮箱和发电机故障诊断所需要的信息之一。

为了检测机组的异常振动，在机舱上应安装振动传感器。传感器由一个与微动开关相连的钢球及其支撑组成。异常振动时，钢球从支撑它的圆环上落下，拉动微动开关，引起安全停机。重新启动时，必须重新安装好钢球。机舱后部还设有桨叶振动探测器，过振动时将引起正常停机。

由于发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果机舱经常向一个方向偏航，会引起电缆严重扭转，因此，偏航系统还应具备扭缆保护的功能。为了提高可靠性，在电缆引入塔筒处（即塔筒顶部），还安装了行程开关，行程开关触点与电缆相连，当电缆扭转到一定程度时可直接拉动行程开关，引起安全停机。

在机械刹车系统中装有刹车片磨损指示器，如果刹车片磨损到一定程度，控制器将显示故障信号，这时必须更换刹车片后才能启动风力发电机组。在连续两次动作之间，有一个预置的时间间隔，使刹车装置有足够的冷却时间，以免重复使用造成刹车盘过热。对于不同型号的风力发电机组，也可用温度传感器来取代设置延时程序。这时刹车盘的温度必须低于预置的温度才能启动风力发电机组。

油位包括润滑油位和液压系统油位。如果需要进行故障诊断，一般还需要对齿轮箱油液的化学成分进行检测，以便发现齿轮箱是否有磨损等。

一般对于恒速机组，控制器在以下指令发出后的设定时间内应收到动作已执行的反馈信号，如回收叶尖扰流器；松开机械刹车；松开偏航制动器；发电机脱网及脱网后的转速降落信号。如果没有收到这些反馈信号，将出现相应的故障信号，执行安全停机。系统还包括蓄能装置、备用电源和电能用户等部分。其中蓄能装置是保证风力发电机组连续向负荷供电的辅助设备，这是为克服风能的波动性和随机性所导致的发电不连续而设置的。