風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)及應(yīng)用實踐探析

集巖

東方電氣風(fēng)電有限公司 四川德陽 618000

1 電氣自動化設(shè)備運行現(xiàn)狀分析

1.1 設(shè)備元件不符運行條件

面對龐大的風(fēng)電市場，各生產(chǎn)廠家都想占據(jù)一席之地。然而，主設(shè)備生產(chǎn)廠家由于研發(fā)能力、制造技術(shù)還有運維服務(wù)的差異，不同廠家在設(shè)備元件的選型上各具特點，這些差異導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電自動化設(shè)備的運行受到影響[1]。

譬如，東北某風(fēng)場的2.5MW機組，滿功率運行2個多小時，變流器內(nèi)部電抗器溫度就會超限報警停機。高溫嚴(yán)重影響元器件的使用壽命和可靠性。經(jīng)過排查實驗，最終查明原因為，變流器內(nèi)部冷卻管路安裝錯誤，導(dǎo)致電抗器水冷入口溫度高，電抗器冷卻效果差。此外，在某山地風(fēng)場，機組調(diào)試運行過程中，也出現(xiàn)了快速熔斷器設(shè)計不合理頻繁燒毀的事故。這些案例中，設(shè)備元件不符合運行要求，故障頻發(fā)。而在斷路器應(yīng)用中，長時間、高頻率的啟動容易使得斷路器開合控制受到影響，引發(fā)電流異常問題。此外，電磁干擾容易導(dǎo)致控制器間通訊中斷，滑環(huán)的高故障率也嚴(yán)重影響變槳通訊，變槳通訊異常會導(dǎo)致槳葉角度不能及時反饋主控制器，主控制器命令也不能及時下達，這不僅僅影響了設(shè)備使用的可靠性，甚至?xí)l(fā)安全事故，葉片失控，機毀人亡。

1.2 環(huán)境因素

經(jīng)過對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的統(tǒng)計研究，實際運行過程中，氣候溫度環(huán)境對電氣自動化控制設(shè)備穩(wěn)定運行有著嚴(yán)重影響。同時，沙塵、油污等等也都會對電氣自動化控制設(shè)備的運行產(chǎn)生比較大的影響。

譬如，風(fēng)力發(fā)電機組運行環(huán)境的不同，對自動化控制系統(tǒng)的要求也有差異。實際應(yīng)用過程中，風(fēng)場可能建設(shè)在海拔3000米的山地，也有可能建設(shè)在沙漠或者海上。如山地風(fēng)場面對的雨雪低溫，沙漠風(fēng)場的沙塵，海上風(fēng)場的鹽堿腐蝕等，這些特殊環(huán)境對風(fēng)電機組產(chǎn)生差異化的要求。根據(jù)多年的運維經(jīng)驗，靠近沙漠的風(fēng)場，控制柜內(nèi)經(jīng)常因進沙塵導(dǎo)致元器件接觸不良，故障率居高不下。而靠近海邊機組也因冷凝水，變流器內(nèi)部除濕不徹底，導(dǎo)致功率模塊頻繁燒毀。因此在自動化設(shè)備研發(fā)設(shè)計階段，山地風(fēng)場就必須加強防雷、防雨雪設(shè)計，控制系統(tǒng)也要增加低溫保護；沙漠風(fēng)場在考慮雷雨防護外，還必須加強機組的防塵密封設(shè)計；海上機組增加鹽堿過濾系統(tǒng)等[2]。

以上實例可以看出，電氣控制設(shè)備如果與實際環(huán)境不匹配，會對設(shè)備的可靠性造成嚴(yán)重影響。此外在針對氣候以及沙塵污染系數(shù)的影響方面，需要進一步強制性啟動電氣自動化設(shè)備，如此則會更容易導(dǎo)致電氣自動化運行設(shè)備在工作過程中由于故障系數(shù)的增加而引發(fā)較為全面的故障問題，使得影響擴大，而這樣往往也會導(dǎo)致電氣自動化的控制設(shè)備沒有辦法投入到正常工作當(dāng)中。

2 風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 增加設(shè)計可靠性

2.1.1 增加電氣控制設(shè)備的可靠性，還需要從風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計初級階段進行

開展設(shè)計工作前，依據(jù)實際條件，對設(shè)備的控制特點以及性能影響方面深化研究。配合軟件對機組運行參數(shù)進行模擬分析，使得風(fēng)力發(fā)電機組性能滿足要求，保證設(shè)計方案的合理性、科學(xué)性。

電氣自動化設(shè)備的設(shè)計，主要根據(jù)空間條件，即生產(chǎn)規(guī)模、批量大小，盡量選擇模塊化、成熟化產(chǎn)品。此外一定要從實際出發(fā)，借助同類型控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，取其精華，去其糟粕。比如對于故障率高的系統(tǒng)，可以嘗試優(yōu)化或者重新設(shè)計。對于故障率高的元器件，重新進行設(shè)計選型。其次，電氣控制設(shè)備也要考慮經(jīng)濟性，但決不允許犧牲風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全。設(shè)計的過程中，必須在保證設(shè)備安全可靠運行前提下，對設(shè)備性能及經(jīng)濟性進行選擇。

2.1.2 電氣控制設(shè)備可靠性的檢測方法

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性的檢測方法主要是現(xiàn)場試驗法?，F(xiàn)場試驗法即在實際工作環(huán)境中對控制設(shè)備進行可靠性測試。

風(fēng)電場環(huán)境的不同，對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備配置有著不同的要求。對于同一批次風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，設(shè)備廠家首先會在國家電網(wǎng)張北風(fēng)電實驗基地進行電能實驗測試，保證設(shè)備發(fā)出的電能滿足電網(wǎng)要求。現(xiàn)場實驗法適合應(yīng)用在技術(shù)相對成熟、穩(wěn)定性相對較好的設(shè)備。風(fēng)電控制系統(tǒng)經(jīng)過代代優(yōu)化，穩(wěn)定性不斷提高，因此很適合使用現(xiàn)場實驗法進行可靠性測試。具體來說在風(fēng)電機組調(diào)試并網(wǎng)和運行過程中，按照技術(shù)部門編制的實驗要求和測試方法，逐步對機組的各項性能進行試驗，對不合格部分及時反饋處理。實際應(yīng)用過程中，現(xiàn)場試驗法測試結(jié)果真實準(zhǔn)確，可靠性好，同時試驗的成本相對較低。

2.2 提高控制設(shè)備的智能化

目前一個小型風(fēng)電場便安裝有幾十臺機組，而大型風(fēng)場則有數(shù)百臺機組。從監(jiān)控室進行機組巡檢需要很長時間，此外還受到雷雨冰雪異常天氣的影響，如果是山地風(fēng)場、海上風(fēng)場，則更是不方便。如何高效的監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備便是一個很現(xiàn)實的問題。全球智慧風(fēng)場是解決此問題的一個很好的方案。在全球智慧風(fēng)場中，設(shè)計人員在SCADA系統(tǒng)或者主控系統(tǒng)中增加對風(fēng)機所有系統(tǒng)的監(jiān)控。因此運行人員不論是在偏遠升壓站的監(jiān)控室還是在繁華的城市里，均可以通過智慧風(fēng)場實時查看控制箱變、風(fēng)機主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)、CMS監(jiān)測系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)等機組各個系統(tǒng)，一切盡在掌握中。此系統(tǒng)也適合于大型發(fā)電企業(yè)對旗下所有風(fēng)電場的遠程監(jiān)控。全球智慧風(fēng)場實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的集中化，在城市里即可完成對偏遠風(fēng)場的監(jiān)控，讓更多的工作人員遠離那些建設(shè)在山地、沙漠等交通不便的風(fēng)場[3]。

3 結(jié)語

我們在開展風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的優(yōu)化工作當(dāng)中，應(yīng)該盡可能地避免主觀盲目，要根據(jù)當(dāng)前風(fēng)電場的實際情況，對風(fēng)力發(fā)電的控制方案進行升級，同時還要不斷的學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識，完善全球智慧風(fēng)場建設(shè)，使得風(fēng)力發(fā)電的電氣自動化控制設(shè)備的穩(wěn)定性得到提升。