范亮

摘要：風(fēng)能作為一種清潔可再生能源，隨著近年來風(fēng)能利用技術(shù)的不斷成熟，一些MW級大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組也逐漸得到了推廣使用，在緩解地區(qū)用電壓力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮了顯著作用。但是也應(yīng)當(dāng)看到，這些大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要想確保系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作和各項功能的實(shí)現(xiàn)，必須要進(jìn)行多方面的電氣設(shè)計，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電發(fā)電的自動化和智能化。本文分別介紹了自動啟停、電機(jī)切換、偏航控制以及人機(jī)交互切換控制等方面的電氣設(shè)計要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電發(fā)電;軟并網(wǎng)技術(shù);人機(jī)交互;遠(yuǎn)程控制

一、大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制功能設(shè)計

1、自動啟停設(shè)計

在風(fēng)電發(fā)電機(jī)組自動啟?？刂频脑O(shè)計上，根據(jù)控制形式的不同，可以分別提供三類不同形式的設(shè)計方案：第一種方案是在風(fēng)電發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)下，由控制中心根據(jù)指令自動完成啟動、停機(jī)的控制;第二種方案是當(dāng)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)局部故障時，需要管理人員根據(jù)故障所在位置，通過控制面板手動完成啟停操作，以便于維護(hù)人員在安全環(huán)境下完成故障診斷與修理;第三種方案是當(dāng)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，需要立即執(zhí)行停機(jī)操作以控制損失，這種情況下需要遠(yuǎn)程控制，待完全停機(jī)后再進(jìn)行下一步的處理。在進(jìn)行啟停電氣設(shè)計時，自動啟停作為一種常規(guī)設(shè)計，而控制面板啟停設(shè)計和遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停設(shè)計則作為一種應(yīng)急設(shè)計，并且要在設(shè)計過程中賦予遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停更高的優(yōu)先級。

2、電機(jī)切換控制設(shè)計

在風(fēng)電發(fā)電機(jī)組進(jìn)行電機(jī)切換時，如果流經(jīng)電機(jī)的電流，是從小電流逐漸切換至大電流，只要實(shí)際電流不超過額定電流，不會對電機(jī)造成損害影響;但是反之，是從大電流切換至小電流，就有可能因為電流沖擊影響，導(dǎo)致小電機(jī)因為瞬時電流過大，進(jìn)而導(dǎo)致小電機(jī)中的線路、電氣元件受損。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的安全、自動切換控制，在設(shè)計時就需要考慮在小電機(jī)的進(jìn)線端，安裝若干個可控硅元件，具體數(shù)量可以根據(jù)最大、最小電流差值來確定，差值越大，需要提供的可控硅元件數(shù)量越多。可控硅可以起到吸收多余電流的效果，保證了小電機(jī)的運(yùn)行安全。同時，為了吸收可控硅換流時產(chǎn)生的過電壓以及電壓上升率，保護(hù)可控硅使用安全，必須在主電路中安裝瞬態(tài)抑制電路。瞬態(tài)抑制電路不僅抑制了可控硅的電壓上升率，還減少其的電流上升率。

3、軟并網(wǎng)技術(shù)

軟并網(wǎng)系統(tǒng)限流效果的實(shí)現(xiàn)需要借助大功率可控硅，如果直接進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)，就很容易出現(xiàn)非常大的沖擊電流，對電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)都會產(chǎn)生較大的損害，還會對其他聯(lián)機(jī)網(wǎng)組產(chǎn)生影響。機(jī)組在并網(wǎng)或者電動啟動時，主控制系統(tǒng)可以通過指揮可控硅的運(yùn)作來安全控制并網(wǎng)的全過程。同時，并網(wǎng)旁路中還應(yīng)該通過可控硅控件來降低開關(guān)設(shè)備受到的電流沖擊，以有效保護(hù)整個開關(guān)設(shè)備。

二、偏航控制與解纜系統(tǒng)設(shè)計

1、自動偏航

在大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的電氣設(shè)計中，需要考慮到機(jī)組發(fā)生運(yùn)行故障后的應(yīng)急處理和安全保障工作，通過自動識別、控制故障，將故障帶來的損失降到最低。自動偏航與解纜系統(tǒng)設(shè)計就可以滿足這一方面的需求。風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的控制中心，會按照一定的頻率自動收集各個前端元件的運(yùn)行參數(shù)，然后與數(shù)據(jù)庫中存儲的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，如果對比結(jié)果不一致，即判定為“偏航”，系統(tǒng)會自動報警。當(dāng)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組中同時出現(xiàn)多處偏航情況時，自動控制系統(tǒng)還會根據(jù)故障情況判定處理優(yōu)先級。高優(yōu)先級的會被優(yōu)先處理。

2、自動解纜

自動解纜與偏航控制相輔相成，從解纜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上來看，主要分為兩大模塊，其中安全鏈保護(hù)模塊的作用是根據(jù)扭纜開關(guān)發(fā)送的指令，完成對目標(biāo)電器元件的保護(hù)，例如將故障元件從風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的電路系統(tǒng)中隔離，避免對其他元件產(chǎn)生連鎖影響。在進(jìn)行這一部分的電氣設(shè)計時，要預(yù)先設(shè)定電纜纏繞的閾值，如果反饋信號超出閾值范圍，則自動實(shí)現(xiàn)解纜，通過中斷電源的方式進(jìn)行強(qiáng)制停機(jī)，直到人工排除故障后手動解纜，使整個風(fēng)電發(fā)電機(jī)組重新投入運(yùn)行。

三、人機(jī)交互式切換控制設(shè)計

體現(xiàn)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組自動化程度的重要指標(biāo)之一就是人機(jī)交互式切換控制的實(shí)現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行的各項參數(shù)值都可以通過MCGS組態(tài)軟件設(shè)計的操作界面被操作者操作和設(shè)計，進(jìn)而通過工控機(jī)來對相關(guān)指令進(jìn)行識別和接受，借助PLC控制系統(tǒng)通訊環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制風(fēng)電發(fā)電機(jī)組。此外，機(jī)組反饋回來的的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)和設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行比較，以便于操作者及時準(zhǔn)確的判斷出整個風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

四、制動控制設(shè)計

根據(jù)制定控制形式的不同，可以將其分為自行保護(hù)設(shè)計和主控保護(hù)設(shè)計兩方面。自行保護(hù)控制主要位于風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的前端設(shè)備中，包括監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等，而主控保護(hù)控制則是對整個機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行整體控制。在進(jìn)行該部分的設(shè)計時，為了保證制動控制指令能夠順利作用于機(jī)組系統(tǒng)中的各個功能單元，必須要提供至少2套的剎車設(shè)備，并且每一套設(shè)備都是相互獨(dú)立的，有獨(dú)立的通道接收制動控制中心發(fā)出的控制信號。即便是某一套設(shè)備出現(xiàn)故障，也能夠自動切換到另一條線路或設(shè)備，保證制動控制動作的順利完成。

五、遠(yuǎn)程控制設(shè)計

在MW級大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組中，依靠人工完成電氣管理難度大、成本高，但是電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，需要通過遠(yuǎn)程控制設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)各項功能實(shí)施情況的動態(tài)監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控信息會在總控制室的設(shè)備屏幕上直觀的表現(xiàn)出來，以便于控制人員隨時了解不同控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)出了能夠顯示信息外，還可以將終端控制指令，同步的傳達(dá)到風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的各個前端功能單元，完成相應(yīng)的控制動作。前端傳感器還會將控制反饋信息，按照原線路重新反饋給控制人員，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)電氣控制。

結(jié)語：大型風(fēng)電發(fā)電機(jī)組正得到越來越廣泛的應(yīng)用，但是由于機(jī)組所處運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，運(yùn)行一段時間后系統(tǒng)發(fā)生故障的概率也會相應(yīng)增加。通過開展電氣設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組各項運(yùn)行工況的監(jiān)控，保證了各項功能的實(shí)現(xiàn)，提供更加穩(wěn)定和充足的電力能源。

參考文獻(xiàn)：

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