周偉強(qiáng)

（國家能源集團(tuán)龍源江永風(fēng)力發(fā)電有限公司，湖南永州 425400）

1 風(fēng)力發(fā)電電氣控制技術(shù)概述

風(fēng)力發(fā)電相較于其他發(fā)電方式而言有著較大的不穩(wěn)定性，極易受到外部各種因素的干擾，如風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度等。因此，在對電氣控制技術(shù)加以運(yùn)用時，必須將此方面作為突破口，有效減輕外部因素對風(fēng)力發(fā)電的影響。此外，為了提升風(fēng)力發(fā)電的效率，要對各種可能用到的發(fā)電設(shè)備的風(fēng)能利用率展開準(zhǔn)確的分析，以此尋求提升風(fēng)能轉(zhuǎn)化率的策略[1]。比如，我國通過研究風(fēng)力發(fā)電葉片荷載、穩(wěn)定程度、風(fēng)力利用效率，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片長度設(shè)置為6m ～10m，在此種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)化效率相對更高。另外，風(fēng)力發(fā)電裝置所處環(huán)境普遍比較惡劣，在進(jìn)行后期保養(yǎng)維修時若是僅憑人力完成有關(guān)工作具有較大的安全風(fēng)險，所以，要求引入遠(yuǎn)程遙感控制技術(shù)，從而全方位提升風(fēng)力發(fā)電中的電氣控制效果。

2 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 電網(wǎng)質(zhì)量無法獲得保障

風(fēng)力發(fā)電最為突出的問題便是不夠穩(wěn)定，而這同時也是導(dǎo)致電網(wǎng)質(zhì)量得不到有效保障的關(guān)鍵因素。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電基于風(fēng)力實(shí)現(xiàn)發(fā)電，而風(fēng)能本身就存在較強(qiáng)的變動性，無論是風(fēng)速還是風(fēng)向都時刻處于變化的狀態(tài)。因此，若無法做到對風(fēng)能的準(zhǔn)確把控，在風(fēng)速和風(fēng)向發(fā)生變化后便會使得復(fù)合裝置以及電能均會隨之發(fā)生變化，如果驟然發(fā)生突變而超過了電網(wǎng)可承受限值時，則可能引起電網(wǎng)受損。

2.2 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)組成繁瑣

因?yàn)榭萍紝?shí)力的局限性，當(dāng)前我國風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成較為繁瑣，其中主要包括了兩種系統(tǒng)模型，即線性與非線性模型，均已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，不過由于兩者在功能效果以及使用條件上有所差別，因此要求采取傳統(tǒng)的技術(shù)方式，也就導(dǎo)致無法充分滿足兩種模式下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)作需求。由此可知，對電氣控制技術(shù)的有效利用十分重要。

2.3 風(fēng)能發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)維問題

發(fā)電機(jī)組方面存在的問題主要包括了變電器、風(fēng)電機(jī)、輸送設(shè)備等在發(fā)電過程中引起的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)問題[2]。目前，風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行欠缺完善、可準(zhǔn)確預(yù)測機(jī)組的管理體系。運(yùn)維上則表現(xiàn)出下述問題：（1）風(fēng)力發(fā)電的電氣設(shè)備維護(hù)通常采取的是定時檢修、故障維修，而且普遍是在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障之后才展開系統(tǒng)性的維修，屬于維護(hù)的初期環(huán)節(jié)；（2）現(xiàn)行的風(fēng)電檢測大多只關(guān)注電氣設(shè)備，也就是控制室實(shí)測電機(jī)、變壓器的傳輸功率等方面，并未詳細(xì)檢查電氣設(shè)備的使用壽命和帶有隱患因素的零配件，導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)作時不能準(zhǔn)確、實(shí)時地掌控其運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致在維護(hù)環(huán)節(jié)才能發(fā)現(xiàn)問題；（3）很多風(fēng)電廠采取的管理方法比較粗放，采用的是水電、火電控制模式，管理工作的開展不夠系統(tǒng)、規(guī)范，而且較為死板、陳舊。維護(hù)人員專業(yè)能力較低、欠缺工作熱情、責(zé)任意識較弱，因此使得風(fēng)電設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障，而且需要經(jīng)歷長時間的維修方可恢復(fù)正常使用，嚴(yán)重影響了風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行效率。

3 電氣控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

3.1 變槳距發(fā)電技術(shù)

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時，若是發(fā)電主機(jī)具有功率太低的問題，便會導(dǎo)致發(fā)電效率下降、質(zhì)量不高，從而不利于風(fēng)能的高效使用，由此影響到風(fēng)能發(fā)電效果。因此，要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)作期間的有關(guān)風(fēng)速功率實(shí)行嚴(yán)格把控。應(yīng)用變槳距發(fā)電技術(shù)，解決發(fā)電主機(jī)太低的問題，通過槳距角度的調(diào)整使有關(guān)機(jī)組設(shè)備在遇到比較高的風(fēng)速時也可以做到對發(fā)電的精準(zhǔn)、有效控制，從而更好地利用風(fēng)能。此外，因?yàn)榭萍嫉牟粩喟l(fā)展、創(chuàng)新，國內(nèi)在生產(chǎn)制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扇葉時，所使用的材料質(zhì)量也發(fā)生了較大的改進(jìn)，自重大幅減小，因此，也就使得有關(guān)裝置的總重量隨之減小，減小了沖擊荷載作用力。把變槳距技術(shù)運(yùn)用到此方面可以降低設(shè)備運(yùn)作出現(xiàn)故障的概率，由此提高風(fēng)能發(fā)電的控制效果。盡管此技術(shù)的引入能大幅提高風(fēng)能利用效率，不過在穩(wěn)定性層面依舊存在較大的改善空間，而且需要投入大量的資源，會耗費(fèi)大量的人力、物力，所以必須要對其進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

3.2 漿距失速發(fā)電技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，不僅具有傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢，而且還融合了更加先進(jìn)的發(fā)電理念，對該技術(shù)的高效運(yùn)用，能夠提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性，讓系統(tǒng)可以長時期處于安全、高效的運(yùn)作狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電對并網(wǎng)之中的發(fā)電裝置運(yùn)作穩(wěn)定性具有比較嚴(yán)格的要求，通過引入定槳距失速發(fā)電技術(shù)，能將葉片復(fù)雜構(gòu)造的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，有利于工作人員對發(fā)電裝置的準(zhǔn)確調(diào)控，不過也可能會出現(xiàn)消耗無用功的情況，這是因?yàn)槿~片自重太大，給發(fā)電裝置的運(yùn)作效率帶來了一定的負(fù)面影響。

在具體運(yùn)用定槳距失速發(fā)電技術(shù)時，外界環(huán)境因素也有可能會對其產(chǎn)生影響，因此其使用起來具有局限性，只能運(yùn)用在風(fēng)力等級不存在太過嚴(yán)格限制的環(huán)境下。如果風(fēng)力等級過高，就不再使用此技術(shù)。如果想擴(kuò)大此技術(shù)的運(yùn)用范圍，則要求技術(shù)研究人員對其展開更進(jìn)一步的探究。

3.3 變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

從表面上看，該技術(shù)也就是變更原來的發(fā)電機(jī)恒速運(yùn)動，在風(fēng)速出現(xiàn)變化的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)也會隨時變動，如此便可以按照風(fēng)速高低及時調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)中各種設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)，由此得到穩(wěn)定的發(fā)電頻率，提高發(fā)電的整體質(zhì)量。而在碰到高強(qiáng)度的風(fēng)力時，發(fā)電效率以及質(zhì)量均會由于功率上的問題而受到一定影響，要想最大程度上減輕該問題帶來的影響，要求對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速相關(guān)指標(biāo)實(shí)行調(diào)控。若是處于低風(fēng)速條件下，就要求盡量多地采集風(fēng)能，以此確保輸出功率更加穩(wěn)定。而需格外注意的是，在不同地區(qū)中，風(fēng)速的大小與變動規(guī)律都或多或少具有區(qū)別，強(qiáng)化對電氣控制技術(shù)的應(yīng)用，能在提高發(fā)電效率和質(zhì)量上起到較大的促進(jìn)作用[3]。在運(yùn)用變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)時，牽涉到的電氣控制技術(shù)包括：（1）交流勵磁雙饋型；（2）永磁發(fā)電機(jī)類型；（3）籠型異步發(fā)電機(jī)類型；（4）磁場調(diào)制型及無刷雙饋發(fā)電機(jī)。上述控制技術(shù)最為關(guān)鍵的便是要求提升風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率，還要做到獨(dú)立調(diào)整輸出功率、無功功率，在變槳距的調(diào)整方面也更為方便、靈活，能夠使發(fā)電設(shè)備的運(yùn)作功率得到顯著提高。

3.4 主動失速發(fā)電技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)又可稱為混合失速發(fā)電控制技術(shù)，是定槳距、變槳距兩種發(fā)電控制技術(shù)聯(lián)合形成的，如此便能有效解決定槳距發(fā)電控制技術(shù)運(yùn)用成本較大的問題，還能改善變槳距技術(shù)中發(fā)電頻率方面的缺陷。所以，該技術(shù)具備十分明顯的優(yōu)勢，綜合了定槳距、變槳距控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且還有效補(bǔ)足了這兩項(xiàng)技術(shù)的缺陷。主動失速發(fā)電技術(shù)的具體運(yùn)用原理：對不同槳距角加以合理調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)對風(fēng)能的高效捕捉以及對風(fēng)速變動的快速適應(yīng)。

3.5 低電壓穿越技術(shù)

如果在實(shí)際發(fā)電過程中，風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)三相電壓位于電壓輪廓線之中，則此時風(fēng)電機(jī)組可做到持續(xù)性的并網(wǎng)運(yùn)作；如果并網(wǎng)之中存在一相電壓位于電壓輪廓線以下，則風(fēng)電場內(nèi)的發(fā)電設(shè)備可以由電網(wǎng)切出。如果具體的并網(wǎng)電壓值降低了大約1/5 的額定電壓，則此階段的發(fā)電設(shè)備必須具有并網(wǎng)運(yùn)作625ms 的低電壓穿越能力；若具體風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓可以在發(fā)生跌落狀況后2s 以內(nèi)獲得恢復(fù)，就能處于額定電壓的9/10，則在此期間的風(fēng)電機(jī)組必須可以完全滿足持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)作的有關(guān)要求；若電網(wǎng)發(fā)生了一定的故障，而且未能把發(fā)電設(shè)備移除，則故障處理后，該功率數(shù)值必須與未出現(xiàn)故障前持平。

將低電壓穿越技術(shù)運(yùn)用到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，主要起到的作用包括：（1）將變流器調(diào)整為低電壓穿越狀態(tài)，所接通的控制器裝置要求把設(shè)備計算、計時過程中所測得的電壓實(shí)際狀況加以掌握，低電壓在穿越過程中可以對電網(wǎng)具有的故障做充分處理，利用變槳實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速閉環(huán)的合理調(diào)整，此時的目標(biāo)轉(zhuǎn)速也就是同步轉(zhuǎn)速；（2）若在具體發(fā)電期間低電壓發(fā)生穿越失敗的狀況，則此時所使用的變流器裝置信號要加以準(zhǔn)確判斷，而且也要利用主控系統(tǒng)采取計時的方法實(shí)行判斷，不過具體發(fā)電中主控系統(tǒng)會對測量電壓結(jié)果的準(zhǔn)確程度帶來重大影響。針對主控判斷失誤觸發(fā)時間等層面的問題，要基于標(biāo)準(zhǔn)判定時長，如果穿越失敗，則必定會引發(fā)一系列故障，從而使得發(fā)電裝置停止運(yùn)作[4]。待到低電壓完成穿越以后，功率也會恢復(fù)正常，一般可以恢復(fù)至跌落前的1/10。而在功率恢復(fù)期間，要求把計算轉(zhuǎn)速作為關(guān)鍵依據(jù)對其實(shí)行有效的調(diào)整。另外，還要求放開屏蔽電網(wǎng)，這樣做的目的在于恢復(fù)電壓，待電壓恢復(fù)以后，就可以對其順利調(diào)控。

3.6 無功功率補(bǔ)償及諧波消除技術(shù)

由于在風(fēng)力發(fā)電期間會受到風(fēng)速、風(fēng)向等多方面因素的干擾，產(chǎn)生無功消耗，因此，要求實(shí)行無功功率補(bǔ)償。受到一部分元件的干擾，發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生一定的無功功率消耗，而當(dāng)電壓通過這些元件時，因?yàn)橹挥袩o功功率消耗，從而導(dǎo)致該部分元件兩側(cè)電壓未產(chǎn)生變化。但是，若存在高強(qiáng)度的電壓，則在經(jīng)過這些元件時會對其造成破壞。針對此種狀況，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，利用無功功率補(bǔ)償技術(shù)，做到對諧波作用的有效抑制。此外，在風(fēng)力發(fā)電期間，由于諧波的存在而導(dǎo)致總體電能質(zhì)量下降，并且還會讓電壓、頻率等也受到較大影響，使得無功功率與有功功率間的平衡狀態(tài)被打破，要求對諧波采取一系列控制措施。一旦具有諧波便會對風(fēng)力發(fā)電效果帶來負(fù)面影響，會引起發(fā)電裝置的鐵元件、銅配件受損，還會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)超同步諧振的問題。此外，相關(guān)電力裝置運(yùn)作時會出現(xiàn)熱故障，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)無法安全地運(yùn)作，整體發(fā)電的穩(wěn)定性受到破壞[5]。為了消除控制，可采取以下措施：（1）利用電力變流器與配套的電力裝置，使得相位和諧波彼此抵消；（2）對電容器組展開適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此變更無功功率，降低諧波給無功功率帶來的影響；（3）采取三角形連接形式，降低諧波的通入量。

4 結(jié)語

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，全球能源需求量呈現(xiàn)為逐年上漲的趨勢，而過去廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)化石能源屬于不可再生能源，終會面臨枯竭的一天。所以，為了更好地保障社會發(fā)展，使人民生活的能源使用需求得到滿足，就要注重對新型清潔能源的開發(fā)與利用，而風(fēng)能就是目前應(yīng)用較多的一種清潔能源。在風(fēng)力發(fā)電方面，為提升風(fēng)能轉(zhuǎn)化率，讓整個發(fā)電過程更加安全、穩(wěn)定，就要求加強(qiáng)對電氣控制技術(shù)的應(yīng)用，要詳細(xì)分析實(shí)踐過程中出現(xiàn)的問題，加強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新改進(jìn)，由此將此技術(shù)的功能、作用充分地發(fā)揮出來，為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供技術(shù)支持。