风力发电自动化控制系统中的智能化技术应用研究

风力发电自动化控制系统中的智能化技术应用研究

唐海龙1,余颖旺2,巩帅帅3,冯腾申4,王云广5

1、5、中国能源建设集团科技发展有限公司永胜清洁能源分公司，云南省丽江市671600

2.中国能源建设科技发展有限公司西北分公司，陕西省西安市710000

3.4、中广核新能源股份有限公司江苏分公司，江苏省南京210003

摘要：在我国科技水平发展过程中智能化技术使用越来越普遍，风力发电是我国的主要资源之一。在风力发电期间，离不开对自动化控制系统的依赖，也是实现电网稳定运行的基础和保障。然而，随着经济发展趋于多元化，社会对电力资源的需求量也在持续增加，风力发电自动化控制系统也需要积极做出转变，才能更好的满足生产需要和用户需求。由此可见，将智能化技术应用于风力发电自动化控制系统中显得尤为重要，如何在风力发电自动化控制系统中合理运用智能化技术也成为急需解决的问题。

关键词:风力发电;自动化控制系统;智能化技术;机组控制

引言

由于风力发电存在波动性、随机性等特点，造成了输出电能质量较低，不能够满足用户和电网需求。为此，本文提出了基于混合储能对风力发电系统功率波动进行抑制的策略。通过一阶滤波器实现风力发电系统波动功率的分解，对分解出的高频分量和低频分量分别进行处理，充分发挥了超级电容和蓄电池的工作特性，并参与到输出功率的调节中。本文提出的超级电容端电压限制策略有效起到了保护超级电容、延长其使用寿命的作用。经过高压试验验证，本文所提出的基于混合储能的风力发电系统功率波动抑制策略能够有效抑制风力发电系统的功率波动，对风力发电系统的安全、可靠、稳定运行起到了积极作用。

1力发电机组电气控制系统组成

风电机组中的关键设备，主要由齿轮箱、发电机转子和叶轮等部分组成。齿轮箱、发电机转子两者之间用螺栓进行联结，将电能转化为机械能，使其运转正常工作运行。三相交流异步电动机则作为功率变换装置来驱动压缩机或变频电机运作，以满足不同的负荷要求，从而达到调节风电机组电气控制系统中负载比例、提高系统效率和改善节能性等目的。风力发电机组是风力发电机的一种，可以实现对风速范围内任意方向风速的控制，被广泛应用于生产生活中。风力发电机组内部采用了变频器和主电路，可以减少电力设备对电网冲击。在整个机组启动与停机过程中都需要一个稳定、高效、快速的控制装置。风力发电机组是一种利用风轮驱动的设备，主要由发电机、齿轮箱和逆变器等部分构成。其中电力电子系统作为核心部件来工作，在整个风力发电系统中扮演着重要角色。

2风力发电自动化控制系统中应用智能化技术的相关策略

2.1可视化控制技术

风力发电自动化控制系统是由多类设施组成，相关人员开展管理工作时，必须对这些设施进行操作，不仅对专业技能有着较高要求，工作量上也是只增不减，严重影响工作效率和质量。如果维护和管理人员的专业能力较低，极易引起风力发电自动化控制系统的新故障问题，甚至会威胁工作人员的生命安全。想要降低此类影响，可应用可视化控制技术来解决，具体内容为在生产风力发电自动化控制系统设施过程中，将设备的工作原理等与可视化编程技术、数据通信技术等相结合，形成能够安装于手机端的移动APP软件，即风电可视对讲系统，该技术能够凭借良好的兼容性适配不同的手机操作系统。当工作人员在手机上安装相关APP后，便能够拥有良好的可视化操作环境，也就是只需在手机上操作可视化界面，便能够对风力发电自动化控制系统的运行状况进行管控，大幅增强便利性和风力发电自动化控制系统可靠性的同时，也显著减少非必要的工作量。

2.2检修控制系统的硬件配置

（1）检修风机，发现风机的故障，并对其进行分析排除，确保风力发电机工作时的正常运行。风机在实际工作中往往出现各种故障，如转速异常、电压异常等。这些故障都会影响机组的安全稳定运转和使用寿命，甚至可能造成设备损坏或人员伤亡事故发生事故，因此对风电机动静态性能进行检测具有非常关键意义。（2）检修变桨控制系统，主要是对风机桨口、发电机和齿轮箱的运行状态进行实时监测，并将监控数据传送给调度中心。对其进行合理控制，可以降低机组运行过程中出现故障，提高了电网系统稳定性。（3）通过对风机的转速进行测量来检测工作中发电机可能出现的故障。同时通过检测其内部控制程序来检查机组是否存在异常状态或异常动作等问题。以保证风力发电机组正常稳定运转。（4）检修电压显示模块，主要是对风力发电机组的运行状态进行实时监测，并将其数据传输给电脑，以便及时发现故障。在风机发生问题时可以据此自动断电。当发电机出现异常情况或系统电路出现中断等意外状况时，可发出报警信号（报警信息为：该时间内没有人操作），通过液晶屏显示出当前时刻风速变化曲线、温度值及风向指示灯的工作状态。对风力发电机组进行日常巡检与维护，方便维修人员发现故障并及时处理，以免造成更大的损失。

2.3混合储能风力发电系统结构

超级电容和蓄电池两种储能单元分别通过双向DC／DC变换器接入到中间直流母线，由双向DC／DC变换器控制超级电容和蓄电池的充电和放电。混合储能风力发电系统可以工作在独立模式和并网模式下，当电网侧开关处于断开状态时工作在独立模式下，当电网侧开关闭合时工作在并网模式下。储能单元的接入使风力发电系统供电的可靠性和灵活性得到了显著提高。当混合储能风力发电系统工作在独立模式下时，风力发电单元和储能单元同时向负载提供电能。当负载突变或风机捕获功率突变时，负载所消耗的功率与混合风力发电单元的输出功率不匹配，由储能单元对功率不匹配部分进行补偿。当混合储能风力发电系统工作在并网模式下时，风机捕获到的风能通过永磁同步电机和风力发电变流器变换为电能后接入到电网，储能单元对风力发电单元的功率波动进行补偿，从而满足并网运行条件以及电力系统的能量调度需求。

2.4电气系统建模

电气系统建模工具软件集可为复杂的交流和直流系统提供精确、高保真的仿真模型。它利用基尔霍夫电流定律和诺顿等效电路以及复杂的变量计算达到建立高精度仿真模型的目的。通过求解复杂网络矩阵方程，该工具可精确地计算出电子组件之间的交互作用，如电压、电流、频率、实电流、虚电流和总电流等参数，实现风力系统和电气系统建模。该界面包含所有电气系统所需要的基本模块。建模人员选择设备模块，按照仿真对象的工艺流程进行模块的连接，系统按照设备模块的连接关系自动生成仿真模型。电气系统模块包括通用模块、励磁同期(励磁装置)和风力发电3个分类。通用模块主要包含线缆、开关、变压器等设备模块;励磁同期(励磁装置)主要包含火电发电机的励磁和同期等开关设备;风力发电是进行搭建风力发电系统时所需要的模块库，主要包含风力机、直驱永磁发电机、双馈发电机、逆变器等相关模块。该界面还包括模块的基本信息、图标/端口/网络元、算法/变量、预处理算法/变量和特性曲线。

结束语

风能是一种重要的可再生清洁能源，在新能源电力系统中发挥着重要作用。但波动性、间歇性与随机性是风力发电的固有的不确定性，这些不确定性给电力系统的安全性、稳定性经济性等带来了影响。目前在新能源电力系统中为了让风电能能够让风能得到高效利用，必须全方位对风电的不确定性对电力系统的影响分析降低风险，才能进一步提高风电系统的稳定性，为国家的风电系统做出贡献。

参考文献

[1]薛禹胜,雷兴,薛峰,等.关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报,2020,34(29):5029-5040.

[2]雷兴.风电接入带来的不确定性研究[D].山东大学,2020.