试析风电对自动化技术的新需求

李宏俊 黄文君

摘要：风机控制系统是风电设备的重要组成部分之一，将自动化技术应用于控制系统中，可提高对风能资源的利用效率。本文对风力发电现状进行分析，进而探究风电对自动化技术的需求，并指出未来风电的发展需要，提出的应用方法对推进风电项目建设有一定的借鉴意义。

关键词：风力发电；自动化技术；风机控制

前言：风力发电控制系统主要由监控、主控、变桨、变频系统组成，承担着风机监控、自动调节以及捕获最大风能的任务，在调整我国能源结构、经济升级与转型、缓解能源紧张方面做出了巨大贡献。因此，在自动化技术不断成熟的背景下，探究风电对自动化技术的新需求，对促进电力系统发展具有十分重要的现实意义。

1风力发电现状分析

进入21世纪后，我国新能源领域随着极速增长的人口、经济发生了翻天覆地的变化，虽是世界能源大国，但仍面临着能源产业结构不平衡的局面。据最新调查数据显示，我国能源产业在2018年的发电量达到608亿万kw/h，其中，总发电量的73.3%为火力发电，达到49794.7kw/h。为改变发电行业能源利用不均衡的局面，我国在2018年发布了12项国家政策、27项地方政策，并在2019年又发布了《关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》以及其他三十多项政策。我国960万平方公里土地以及18000多公里的海岸线，为风力发电提供了无限潜力。陆上发电系统一般采用恒速恒频或变速恒频发电系统，其中变速恒频发电系统的发电效率可达60%-70%。海上风能发电是在陆上风机发电的基础上改造而成的，风机技术主要有底部固定式与悬浮式。随着风力发电行业的不断发展，弃风限电、风电并网、电力储存技术不足等问题，成为风力发电行业面临的挑战。因此，我国需不断加强对自动化技术的创新研究，加强自动化技术在风机控制系统与变流器中的应用，以此提高风电机组的电网适应性，同时保证系统通信的安全性、完整性、可靠性，进而满足风电对自动化技术的新需求。

2风电对自动化技术的需求分析

2.1加深风电与自动化技术的融合

随着互联网、云计算、大数据等技术的不断发展，为完善智能化平台提供了解决方案。现阶段，许多厂家已经为用户打造出可视讲的终端设备，促进了风力发电设备与自动化控制系统中智能化技术的融合。用户将APP安装在移动终端，就能够实现对风机的监控。因此，风力发电系统的管理人员通过可视讲的移动终端，在很大程度上简化了原有的风电控制系统，为风电行业节约许多资源。此外，将自动化技术应用到风力发电的电力系统中，可实现用户对实际用电情况、电力系统故障问题的及时掌握，在很大程度上提升了风电发电行业的服务质量，提升电力系统人工智能功能性^[1]。

2.2强化技术的应用

一方面，风力发电行业为满足时代发展需求，将自动化技术应用与传输系统中，以此实现系统数据的传输与整合。ICP/TP传输协议标准化后，使得风力发自动化控制系统拥有了共享传输系统，可有效连接综合布线系统与不同系统的网络设备。此外，公共局域网、宽带路由器是风力发电自动化控制系统用户端设备的主要依托，使得用户通过移动客户端便能够对风力发电局域网进行访问。另一方面，为满足用户对电能的个性化需求，增强自动化控制系统与用户生活的关联性，在可视讲、电梯控制、车辆管理等系统中都能够看到风力发电自动化控制系统的身影。以可视讲系统为例，485协议转换器的接口与网络交换机相连，再通过2芯线与电梯相连，进而增强可视讲设备与用户的关联性，促使风力发电自动化控制系统只需一根网线便能实现与终端软件的融合。

2.3并网运行控制需求

将自动化技术应用到风力发电控制系统中，首先，能够满足电力系统对调频、调峰、备用能力的需求。其次，风力发电各个机组会在机组有功功率达到20%总额定出率时，进行自动的、连续的、平稳的功率控制。最后，当电力系统下达控制有功功率的指令后，风力发电机组会自动执行，极大地满足了时代对电力系统安全、稳定运行的需求。空载并网运行、负载并网运行、孤岛并网运行是我国风力发电系统并网的主要方式，空载并网时其中操作简单、容易实现、应用范围广的并网运行方式，运行原理为：风电机组转子侧会与变流器双PWM相接，负责为处于正常运行状态的发电机提供励磁电流。调节定子侧电压由改变转子侧输入电压实现。在这种条件下，转子侧电压不符合并网电压标准，若强行接入，会会降低电网运行的稳定性。因此，可采用自动化控制技术中具有良好鲁棒性的模糊控制技术，以满足并网运行对风电机组的控制需求。模糊控制器具有结构简单、可靠性高的特点，当风电机组功率因数在±0.95范围内，与配置无功补偿装置协同合作，极大的弥补了模糊控制技术的不足，进而提升对风电机组的控制效果，满足我国风力发电机自动化并网运行的需求。

3风电自动化技术未来发展需求分析

3.1系统规模化发展

我国自动化技术在风电中的应用技术逐渐趋于成熟，随着科学技术的不断发展，必须以电力新技术、新设备为抓手，加快对传统风力发电设备以及控制系统的改造，将控制、监测、管理等功能集于一体，进而增强风电系统的运行设备功能，以此满足我国对电力行业高效、节能、环保、安全的要求。

3.2现场控制系统

风力发电现场控制系统是由DCS和PLC发展而来的，被称为FCS。FCS主要对PLC功能进行改良后得到的，因此不具备分散控制系统的特点。首先，将现场控制系统应用与风电发电机组中，能够满足社会经济效益方面的需求，有效推动社会经济可持续发展的进程。其次，在一定程度上，FCS满足风电功能方面的需求，提升控制信号的传输质量与效果，进而实现对风电机组的现场控制。最后，开放FCS，能够满足商家在利益方面的需求。通过优化风电机组的现场控制系统，进而节省系统的占用空间，避免中间系统环节过于繁琐而造成对风能的浪费^[2]。

3.3风电大规模并网

第一，应用偏差实时控制。偏差实时控制指的是风电企业根据相应的规章制度，实时控制风电机组的参数，避免出现较大偏差，造成电力企业发生意外事故。首先，实时监控电力系统产生的数据，并由移动网络基站传输到电力企业监控中心。其次，监控中心将接收到的数据与标准数据进行比对，在最短时间内发现风电系统中存在偏差，并及时采取有效措施。最后，电缆终端与串口、DTU进行连接，将监控到的实时偏差数据转换为IP数据，进入实现对偏差的控制。第二，应用数据审核。将自动化数据应用与风电行业的电力企业中，能够实现对各个传输终端数据的有效审核，并智能化技术会汇总这部分资料，在一定程度上维护了检修人员的人身安全。第三，应用电网调度。现阶段，配电网络包括12kV与5kV，220kV、120kV的配电，应用自动化技术能够有效节约人力、物力，在对电力监控系统运行状态进行评估后，进而判断风电系统的状态，并将不同地区采集到的参数信息进行整合，从而规避并网过程中存在的风险，保证电网调度的有效性。

结论：综上所述，从我国风力发电现状、技术需求以及未来发展需求能够看出，自动化技术在风电运行系统中的应用范围在逐渐扩大，能够有效解决推进风电发展期间的各类问题，并且在很大程度上能够满足风电机的并网需求，有效提高风电厂的经济效益与社会效益，促使风电必将成为我国新能源发电的领跑者。

参考文献：

[1]李昊璋,刘苹元,王锦鸿,等.我国风电产业的发展现状分析及未来展望[J].机电信息,2020(21):91-94.

[2]于锦春.风力发电自动化控制系统中智能化技术的运用[J].通信电源技术,2020,37(03):145-146.