风力发电自动化及信息化系统的使用探索

风力发电自动化及信息化系统的使用探索

李敬

巴彦双鸭山风力发电有限公司 黑龙江 哈尔滨 150000

摘要:当前，中国经济快速增长，整个社会呈现出崭新的发展面貌。无论是各种公共设施的建设，还是高速列车、动车和飞机的大量出现，都是中国经济繁荣发展的直接体现。各大城市纷纷加入新城行列，高楼大厦、车水马龙的繁华景象都来自于新能源项目的蓬勃兴起。风力发电是新能源研发中广泛使用的技术。该技术清洁、无污染、可再生，深受群众青睐，符合我国可持续发展的价值理念。但由于我国新能源技术起步较晚，风力发电技术的应用规模较其他能源技术更为巨大，且我国幅员辽阔，具备发展风力发电技术的物质基础和地理优势。

关键词：风力发电；自动化管理；设计；应用；

风能作为一种可再生能源,具有清洁、无污染的优点。随着我国经济的发展,风能得到了广泛的利用。风力发电是对风能进行利用的一种重要手段。随着风力发电技术的不断发展,各地都大规模建设了风力发电站,要实现科学、高效地利用风能必须实现风力发电的自动化控制和建设信息化系统。

一、风力发电对自动化的要求

1.风力发电机组运行状况的自动化控制。利用自动化控制系统，对风力发电机组在运行中的全过程进行实时监测，并对监测结果进行实时记录。处理存在的问题，以确保风力发电机组的正常运行。

2.电力存储的自动化控制。在风力发电中，储能的自动化控制是关键。风能虽然是清洁能源，但风能不能储存，而且其本身就是一种不稳定的能源，从而影响电网的正常运行。所以，在风力发电机组的运行中，特别是在相对偏远的风力发电厂，要确保储能系统能够实现自动化控制，具有更大的电力储藏量和更稳定的性能。目前，自动化的电能存储主要采用脉冲宽度调制（PWM）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等现代化高科技电子产品，能够直接应用于蓄电池的自动化控制，大幅增强电力存储能力，有利于保证风力发电和电力供应的自动存储稳定性。

3.电力输送的自动化控制。风力发电场的选择地点往往受到极大的限制，大多数风力发电场位于偏远地区，所以，如何将风力发电产生的电力输送到电网，就成了一个关键的技术问题。目前，风力发电机组的自动输送方式以交流电方式为主，有许多问题无法避免。高压直流输电已在风力发电并网传输中得到广泛应用，它的主要优点是异步联网、成本低廉、性价比高、结构优越、适应性好，而随着可关断晶闸管（GTO）和IGBT等技术的发展，风力发电的输电性能得到稳步提升，电力自动化控制下的传输效率也由此大幅提高。

4.限速和刹车停机的自动化控制。通过对风力发电机组的自动化控制系统，可以根据实际工况，实现对风力发电机的速度和制动的自动控制。例如，当风力涡轮机的速度达到最大极限时，风力发电机就会自动脱离电网，然后叶片就会自动张开，实现软刹车，这样液压制动系统动作就能使桨叶停止运转，从而能够有效进行限速和刹车停机。因此，实现风力发电机组的自动控制是实现速度限制和制动停止的关键。

5.偏转和解缆的自动化控制。采用自动控制技术，可以实现风力发电机组的偏转和脱缆。因为风向是不确定的，如果持续追踪风力，就有可能把机组内部的线缆卷起来。采用自动化控制系统，能够最大限度地实现解缆，从而避免了电缆的缠绕。在缆绳缠绕超过极限值后，由自动化控制系统对偏转系统进行控制，使其能够在短时间内完成脱缆。因此，实现风力发电机组自动化可以对机组的偏转和解缆进行自动化控制。

6.监测的自动化控制。工作人员利用风力发电自动化监测系统，可以实时获得风力发电设备的故障信息，同时还可以在网上实时监测风力发电场的运行状况，准确掌握风速、风向、发电量、功率分布等具体数据，实现对风力发电机组的故障进行远程诊断。因此，利用风力发电自动化监测系统可以实现对风力发电机组通信的自动化控制，从而能让操作人员对风力发电机组的工作状态有一个直观的认识。

二、风力发电信息化管理系统的设计

风力发电设备的信息化管理系统主要包括：风力发电设备智能调度平台、设备维护系统、智能调度系统、数据处理及评价系统。采用先进技术，监控现场的各种设备，对各种仪器进行远程控制。风力发电信息化管理系统能对多个风力发电场进行统一调度管理，把风力发电量差异较大的多个风力发电场发电总量设置为定值，能够自由分配发电量配额，当一些风力发电场风力较小而一些风力发电场风力较大时，在不超过总发电量设定值状况下，风力大的风力发电场能够补充风力小的风力发电场的剩余配额，最大限度地利用风力资源。通过对风力发电设备的实时监测，可以及时掌握风力发电机组的运行状况，对其进行快速的诊断和反应，从而大幅增强了风力发电机组的故障处置能力。通过风力发电信息化管理系统，机组人员可以将有关风力发电机组的信息以文字和图表的形式记录下来，从而为风力发电机组的发展提供科学的参考。

三、风力发电信息化管理系统的应用

风力发电信息化管理系统的建立，能够促进风力发电行业的发展，也是符合我国对风力发电行业的要求。风力发电信息化管理系统对风力发电过程中的信息进行管理，从中积累相关的数据，从而提高工作效率。

1.风力发电信息化管理系统的功能。风力发电信息化管理系统的建立与应用，可为风力发电人员的工作提供有力依据，提高员工的工作效率，其主功能有：①通过风力发电信息化管理系统，可以了解风力发电企业的相关资质和相关的信息。②通过风力发电信息化管理系统，可以随时了解风力发电项目的信息。③通过风力发电信息化管理系统，可以了解风能的发展趋势、规划、政策。④通过风力发电信息化管理系统，可以记录、计算、更新风力发电的相关数据，保证数据的真实性和可靠性。总之，只有运用风力发电信息化管理系统，风力发电企业才能提高风力发电效率。

2.自适应控制信息化技术在风力发电中的应用。自适应控制信息化是指根据环境变化自动调整自身控制参数的过程。在风力发电系统中，自适应控制要实现对过程参数变化的实时调整，以达到最佳控制效果。建立自适应控制系统时，需要设计一种高性能的跟踪系统，如桨距自适应控制系统，在无速度传感器矢量控制技术的基础上，建立模型跟踪风速，通过适应器进行最大风能捕获和机械疲劳损失最小这两个指标来调节风力。

3.最优控制智能技术在风力发电中的应用。风力发电机组的运行过程中存在着大量的随机性和不确定性，其中风能的捕捉和利用是一个重要的问题。采用最优控制智能技术，可以将干扰因子进行最大限度的分解和线性化。由于它的数学模型经过了许多次的验证，所以可以将其线性化、分解、优化控制，以实现对风力发电的高效捕捉与利用。另一方面，发电机的最佳控制技术也可以应用于发电机的控制，例如，在发动机运转时，利用最优的功率调整器，在发电机的功率和电能的波动之间寻找最佳的参数，使发电机维持最优的叶尖速比，获得最大风能捕捉。

4.人工神经网络技术在风力发电控制系统中的应用。人工神经网络技术通过对动物神经的研究，模仿神经系统的网络特征，在电力系统中具有高度的应用。该方法具有神经元的独立特性和并行执行的能力，能够在风力发电场中对风速进行预报。神经网络中所采用的模型大多为反向传播算法模型，通过神经网络自带的演算和变量输入，可以有效预测风速和风量。而其具备的另一个优点是，即使系统中存在大量不确定性因素，也能在通过减少功率的波动来实现预测，从而稳定实现系统的运行和控制。

总之，利用风力发电设备实现风力发电的自动化、风力发电的信息化，使风力发电的利用率得到了进一步的提升，从而保证了电力供应的稳定和可持续发展。

参考文献：

[1]郭德志.风力发电场分布式微机自动监控系统的实现.2020.

[2]于海云.风力发电自动化及信息化系统的使用探讨.2023.