电气自动化技术在风电场中的应用

电气自动化技术在风电场中的应用

孙强 陈峰

中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部 

摘要：风力发电可以将风能向电能方面进行转化，有效应用风力发电技术，利于我国传统电力能源生产结构的优化、改变，也可以使电力市场供给端的清洁型能源发电所占比重有效增加。近些年学，在科技的推动下，日益突出了我国电力能源系统中风电场的地位、作用，而在其中有效应用电气自动化技术，利于风电设备性能的大大提高，也有助于设备故障的及时发现，并为供电稳定性提供保障。

关键词：电气自动化技术；风电场；实践；应用

风电厂的构成是以多台风力发电机、风力发电设备为主，功能作用在于通过风能的科学、合理利用，从而将风能转化为电能。近些年，随着国家对清洁能源发电重视度的日益提升，我国开始不断扩大了风电场的建设规模，尤其是全国范围内风电厂数量骤增。但需要注意，风力发电的不稳定性特征相对突出，实际运行中面临的影响因素是温度及气压等。此时，要想促进风电厂稳定运行目标的实现，有有必要将电气自动化技术应用其中。

一、电气自动化技术在风电场中应用的优势

（一）提高风电场运行效率

应用电气自动化技术有助于风电厂运行效率的提升，可以为风力发电系统、设备的稳定运行提供保障。第一，将传感器和微型计算机等安装在风力发电设备上，可以对设备运行数据进行实时采集，此时基于对设备运行状态的分析，即可将设备故障问题及时挖掘出来，并向中控系统传输故障问题，从而达到及时分析、处理目的[1]。第二，应用电气自动化，还可以分析、预测自然环境。在系统检测到环境不适合风电场运行的情况下，会有相应的警报发出，从而提示有关人员进行及时处理。

（二）实现设备的远程监管

电气自动化可以远程监控、智能管理发电设备，其中应用传感器和数据采集系统的情况下，可以对设备运行状态进行实时获取。与此同时，基于远控技术的应用，借助中控系统就控制指令进行发送，可以远程控制设备，从而优化、调整运行状态下设备的关键参数，使人力控制成本大大降低，也可以促进设备安全运行水平的提高。

（三）提高能源资源利用率

电气自动化技术还利于风力资源发电利用率的提升。它可借助智能预测、算法模型构建，以不同天气和环境为依据，通过适宜运行参数的选择，从而自动调整发电设备[2]。具体运行环节，此类技术也可以预测未来一段时间的风力大小，在此基础上，以不同预测模型为参照自动进行优化、调节，可以保障不同环境下风速、负荷需求的充分满足，这样一来，自然能够实现能源资源的高效利用。

二、电气自动化技术在风电场中的应用

（一）构建电气自动化系统

首先，与风电场地理位置相结合，分析风力发电需求、性能，将风电场设备数量、运行模式确定好，并以风电场具体需要为依据，将所需安装传感器类型、数量确定好。第二，基于中控系统，将自动化控制平台构建起来，该方面平台所涉及的功能应该有实时监管及故障信息提示等，并连接到传感器设备方面，从而基于传感器设备实时回传数据信息的获取，即可以达到优化、调节目的[3]。第三，基于信息技术，将数据储存平台构建起来，通过通信网络功能、作用的发挥，存储数据并做好自动化分析工作，在此基础上比对、分析所获数据和标准数据，即可将所存故障找出。第四，将集故障查找、预测为一体的模型构建起来，借助其比对设备当前数据和历史数据或标准数据，有助于潜在系统运行故障的发现。

（二）整合电气自动化技术和智能化技术

在智能技术逐步发展的背景下，其开始广泛应用到多个领域，而整合电气自动化、智能化两类技术，有助于更高效、更智能化自动控制系统的构建。首先，通过智能化技术，在管理人员移动终端安装设备管理端系统，这可以优化、完善电气自动系统结构，也可以促进管理质、效的提高。其次，借助智能化技术，从智能角度诊断故障，并进行预测分析工作，将设备故障及时挖掘出来，同时以故障表现形式、产生原因为依据，立足系统进行智能分析、处理。最后，高效分析数据，并依据可靠参数辅助故障决策方案的规划[4]。比如，以不同天气环境信息为依据，将具有一定辅助作用的设备运行意见提出，从而对发电量进行控制，并将对应调度、安排管理方面的工作做好，此时能够在大风力天气下实现风力发电系统的高效化利用，有助于我国电力能源发电体系、结构的逐步优化。

（三）做好电气自动化系统脱网处理

第一，机组穿透力的提升。它有助于电气自动系统稳定连接目标的实现。第二，电网适用性的提升。它能够促进风电系统对环境适应性的提高，可以保障不同环境、场合下风电系统的稳定运行。这方面可通过多电压等级兼容等方式的应用，促进系统稳定性的提高。第三，补偿装置性能的提升。可基于系统响应速度的提高，快速调整系统功率因素、电压等，也要注意补偿装置的增加，具体可通过智能控制、监控技术的应用，对补偿装置性能进行实时监控，为其性能符合风电场容量、配置提供保障。

（四）注意风力发电系统日常维护检修

日常维护检修主要涉及以下要点内容：第一，设备维修和养护。风力发电设备有故障或问题出现的情况下，要立足故障发生区，将针对性的维保工作做好，可借助关键零件的更换等，使机组停工次数有效减少，为故障设备快速恢复正常提供保障。第二，日常维护。该方面维护工作有助于潜在安全隐患的发现和消除，利于故障损失的降低，可以促进系统可靠、稳定运行水平的提升

[5]。第三，预测性维护。这种维护工作进行中，是基于大数据、云计算等技术的应用，将智能预警体系构建起来，从而站在智能化角度预测风电设备运行状态，将故障及时找出，通过对策的制定，使设备重大故障的出现有效规避。

三、风电场常用的电气自动化技术实践案例

（一）控制器

目前，风电厂中应用相对广泛的一种电气自动技术就是PLC，它能够对风速进行监控、测量，一般是在液压系统控制及发电机等方面应用。除此之外，风电厂中的专用控制器市场空间也很大，如液压控制器可在浆距、角度等的控制上应用，能够对发电机状态进行检测，也可以和PLC、现场总线等设备建立通讯关系。

（二）SCADA

风电厂中的SCADA系统一般是在环境监控方面应用，尤其是要在该系统内完成风机运行环境模拟，使外界条件造成的影响有效规避，如温度变动等。另外，该系统中也可应用现场总线、以太网，它们的作用是通信[6]。目前，国内外针对该系统的开发力度越来越强，也已在风电业广泛应用。

（三）变频器

变频器在风电场转动系统中的应用相对广泛，一方面是用来连接发电机，另一方面是在双馈电机中应用，起到的作用是同相及同频、同压。当前来看，ABB、VACON等变频器品牌的应用相对常见，并且因该领域技术有较高的门槛，所以在市场中占据垄断位置的仍然是国外品牌。但我国也有企业在该领域实现了突破性的进步，即中国北车集团永济电机厂，该厂在铁路机车变频技术的基础上，实现了1.5kW风电变频器的研发目的。

结束语：

风力发电并不稳定，所以要想促进其稳定性的提升，实现风能资源高效利用，必须要引进电气自动化技术，使风力发电稳定性、可靠性目标有效实现，巩固我国电力业稳健、持续发展基础。

参考文献：

[1]胡旭龙. 电气自动化技术在风电场中的应用[J]. 通讯世界,2023,30(3):88-90.

[2]张新,吕超. 风电场电气工程及其自动化中的问题及解决对策研究[J]. 探索科学,2020(7):242-243.

[3]房宝光. 风电场电气工程及其自动化中的问题[J]. 城市情报,2020(22):131-132.

[4]杜小磊,张文,李国杰,等. 适用于新能源的风电场稳控系统研究与应用[J]. 电气自动化,2022,44(1):34-37.

[5]王超. 智能化技术在电气工程及其自动化中的应用[J]. 科技风,2019(27):180.

[6]黄玲玲,曹家麟,符杨. 海上风电场电气系统现状分析[J]. 电力系统保护与控制,2014(10):147-154.