風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的智能化技術(shù)應(yīng)用研究

趙金鑫

(中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引 言

在風(fēng)力發(fā)電期間，離不開(kāi)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的依賴，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)和保障。然而，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨于多元化，社會(huì)對(duì)電力資源的需求量也在持續(xù)增加，風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)也需要積極做出轉(zhuǎn)變，才能更好的滿足生產(chǎn)需要和用戶需求。由此可見(jiàn)，將智能化技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中顯得尤為重要，如何在風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中合理運(yùn)用智能化技術(shù)也成為急需解決的問(wèn)題。

1 風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

盡管風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)已經(jīng)得到的飛速發(fā)展，但是，相比其他新能源發(fā)電技術(shù)，還存在著許多短板，比如，風(fēng)力發(fā)電易受外界環(huán)境影響，不確定因素比較多，即便是在擁有自動(dòng)化控制系統(tǒng)的情況下，也難以做到及時(shí)應(yīng)對(duì)各類(lèi)情況，促使我國(guó)風(fēng)力發(fā)電總量在進(jìn)入持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)下，再次出現(xiàn)下滑的情況(見(jiàn)表1)。此時(shí)，通過(guò)應(yīng)用智能化技術(shù)便能夠予以有效彌補(bǔ)，也就是智能化技術(shù)能夠憑借先進(jìn)的控制技術(shù)、算法、數(shù)據(jù)模型等進(jìn)行針對(duì)性管控，可做到根據(jù)具體情況調(diào)整風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、工作模式等。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)也與電網(wǎng)運(yùn)行有著密切關(guān)系，即電網(wǎng)能否正常運(yùn)行，也會(huì)依賴于風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量。只是，由于受到多種因素的影響，一旦無(wú)法予以快速處理，將會(huì)直接影響電網(wǎng)輸送電能。利用智能化技術(shù)，可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障區(qū)域、診斷故障類(lèi)型，并進(jìn)行快速預(yù)警，便于以最短時(shí)間解決安全問(wèn)題，最大程度降低對(duì)電網(wǎng)的影響。

表1 2016-2021年5月我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

2 風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能化技術(shù)的相關(guān)策略

2.1 可視化控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)是由多類(lèi)設(shè)施組成，相關(guān)人員開(kāi)展管理工作時(shí)，必須對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行操作，不僅對(duì)專(zhuān)業(yè)技能有著較高要求，工作量上也是只增不減，嚴(yán)重影響工作效率和質(zhì)量。如果維護(hù)和管理人員的專(zhuān)業(yè)能力較低，極易引起風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的新故障問(wèn)題，甚至?xí){工作人員的生命安全。想要降低此類(lèi)影響，可應(yīng)用可視化控制技術(shù)來(lái)解決，具體內(nèi)容為在生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)施過(guò)程中，將設(shè)備的工作原理等與可視化編程技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等相結(jié)合，形成能夠安裝于手機(jī)端的移動(dòng)APP軟件，即風(fēng)電可視對(duì)講系統(tǒng)(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示)，該技術(shù)能夠憑借良好的兼容性適配不同的手機(jī)操作系統(tǒng)。當(dāng)工作人員在手機(jī)上安裝相關(guān)APP后，便能夠擁有良好的可視化操作環(huán)境，也就是只需在手機(jī)上操作可視化界面，便能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行管控，大幅增強(qiáng)便利性和風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，也顯著減少非必要的工作量[1]。

圖1 風(fēng)電可視對(duì)講系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合

風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，然而，相關(guān)人員在管理風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸并非只局限于系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也存在獲取外部信息和向外部傳輸數(shù)據(jù)的情況，此時(shí)，可以利用智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效整合，為順利完成數(shù)據(jù)傳輸提供充足便利，例如，可以通過(guò)采用TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸協(xié)議來(lái)保證擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸條件，至于想要達(dá)到內(nèi)、外部數(shù)據(jù)通信的目的，需要構(gòu)建由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和綜合布線系統(tǒng)組成的傳輸系統(tǒng)(具體結(jié)構(gòu)如圖2所示)，既可保證利用寬帶路由器、公共局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在外部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境下智能控制風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也能在風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)所在的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)條件下訪問(wèn)外部互聯(lián)網(wǎng)[2]。此時(shí)，無(wú)論工作人員在任何條件下，都能夠掌控風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，也能在必要時(shí)給予遠(yuǎn)程管控。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 加強(qiáng)技術(shù)管控

由于風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)極易遭受其他因素影響，所以，在進(jìn)行實(shí)際管理過(guò)程中，為了能夠最大程度避免產(chǎn)生非必要問(wèn)題，需要通過(guò)智能化技術(shù)對(duì)工作人員的操作環(huán)節(jié)進(jìn)行有效管控，比如，工作人員在利用可視對(duì)講系統(tǒng)時(shí)，可結(jié)合智能化技術(shù)管控操作權(quán)限，防止產(chǎn)生誤操作行為，或因操作不當(dāng)而導(dǎo)致多個(gè)機(jī)組故障甚至停止運(yùn)行的情況，具體原理為工作人員在可視化對(duì)講系統(tǒng)上執(zhí)行“開(kāi)鎖鍵”功能時(shí)，智能化技術(shù)能夠?qū)?zhí)行的權(quán)限信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及網(wǎng)絡(luò)接口等發(fā)送至運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，再由運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)將權(quán)限信息傳送至發(fā)電機(jī)組，此時(shí)工作人員便只能獲得對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)組的管理權(quán)限，這種不具備操作其他機(jī)組權(quán)限情況，自然無(wú)法出現(xiàn)干擾其他機(jī)組的行為，保證發(fā)電機(jī)組的可靠性。

2.4 機(jī)組控制技術(shù)

2.4.1 保障電力供應(yīng)

機(jī)組控制技術(shù)作為智能化技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的重要體現(xiàn)，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電提供充足保障，例如，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要原理是先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最終經(jīng)過(guò)并網(wǎng)后，作為可用于滿足用戶使用的電能。然而，風(fēng)力發(fā)電存在較明顯的不穩(wěn)定性，一旦環(huán)境中的風(fēng)力產(chǎn)生變化，系統(tǒng)中的設(shè)備也必須進(jìn)行調(diào)整，才能避免采用不合理的運(yùn)行模式，避免產(chǎn)生加速設(shè)施磨損的問(wèn)題，也能減少引發(fā)嚴(yán)重安全事故的概率。通過(guò)智能化技術(shù)，能夠根據(jù)不同情況及時(shí)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行，便于消除風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中的非必要資源投入，減少設(shè)施損耗，并能夠依照實(shí)際情況智能調(diào)整并網(wǎng)過(guò)程中的電能供應(yīng)量，避免因電網(wǎng)波動(dòng)過(guò)大而影響用戶的正常使用。

2.4.2 控制極端荷載

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多處于比較惡劣的環(huán)境下，比如，高原、海上等，期間，頻繁的運(yùn)行環(huán)境變化是比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，也是極易引起風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障的主要原因。盡管風(fēng)電安全事故的影響力已經(jīng)得到顯著廣泛關(guān)注，但是，該方面潛在的風(fēng)險(xiǎn)和危害仍然未能得到全面重視，導(dǎo)致風(fēng)電安全事故依舊處于不容忽視的狀態(tài)，以海上風(fēng)電事故為例，2017-2018年內(nèi)，全球海上風(fēng)電事故傷亡占比依舊比較高(具體如表2所示)。與此同時(shí)，在我國(guó)，類(lèi)似事件也時(shí)有發(fā)生，例如，2021年7月25日，中廣核新能源海上風(fēng)電項(xiàng)目中，一海上平臺(tái)“升平001”發(fā)生傾斜(如圖3所示)，事發(fā)中共涉及65人，其中安全轉(zhuǎn)移61人，4人失聯(lián)。由此可見(jiàn)，利用智能化技術(shù)控制極端荷載是必須予以重視的方面。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，不僅要提高人員的安全意識(shí)，還應(yīng)當(dāng)利用智能化技術(shù)予以管控，比如，以風(fēng)機(jī)極端荷載為基礎(chǔ)，創(chuàng)建控制模型，并結(jié)合模式識(shí)別算法，既能有效感知風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況變化，也能提前做出降載控制，避免因風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速工況下長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行而影響使用壽命[3]。

表2 2017-2018年全球海上風(fēng)電事故傷亡統(tǒng)計(jì)

圖3 中廣核新能源海上風(fēng)電項(xiàng)目事故

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)朝著多元化的方向持續(xù)前行，為了能夠更好地發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)和作用， 必須要提高對(duì)風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能化技術(shù)的重視，并能夠正確認(rèn)知可視化控制技術(shù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合、加強(qiáng)技術(shù)管控、機(jī)組控制技術(shù)等內(nèi)容，才能實(shí)現(xiàn)將智能化技術(shù)合理運(yùn)用于風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的目的，真正助力風(fēng)力發(fā)電能夠得到快速發(fā)展。