中國電建集團核電工程有限公司 李春奇

隨著時代的進步，電力運用范圍越來越大，人民的生活工作中少不了電力的支撐。在國家社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的同時，社會群眾對電能的需求量越來越多，為更好滿足時代發(fā)展所需，國家相繼研制出多種能源生產(chǎn)科技，旨在改善國內(nèi)供能環(huán)境。國內(nèi)發(fā)電途徑較多，具體包含火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電科技屬于電能技術(shù)體系的組成部分，電氣控制系統(tǒng)直接影響到風(fēng)力發(fā)電廠可靠運轉(zhuǎn)。

1 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

1.1 風(fēng)力發(fā)電和電氣控制技術(shù)概述

風(fēng)力發(fā)電是指把自然界內(nèi)的風(fēng)能變?yōu)殡娔?，許久之前就已經(jīng)在利用風(fēng)能，風(fēng)能存在較多的蘊藏量，干凈環(huán)保，是可再生能源，當(dāng)前各種能源比較稀少且受到巨大污染，利用風(fēng)能可以在較大限度上緩解這一現(xiàn)象，利用風(fēng)力發(fā)電時既能夠節(jié)省資源、還不會影響外界環(huán)境，因此全球很多國家都非常重視風(fēng)力發(fā)電，在國內(nèi)也獲得了顯著發(fā)展，但是風(fēng)能缺少一定的可靠性，主要受自然條件干擾，例如環(huán)境、氣壓以及溫度等，所以為處理這些問題，選擇風(fēng)力發(fā)電階段要利用電氣控制技術(shù)，提高風(fēng)能應(yīng)用的穩(wěn)定性[1]。電氣控制技術(shù)主要指組裝幾個電氣配件，用其管控某一對象或部分對象，以保障控制設(shè)備運轉(zhuǎn)過程的穩(wěn)定性、安全性。當(dāng)前，發(fā)電方面充分采用電氣控制手段，可以更好管控整個發(fā)電過程，效果非常明顯。

1.2 電網(wǎng)質(zhì)量無法獲得保障

風(fēng)能發(fā)電存在明顯的不可靠性，這是造成電網(wǎng)質(zhì)量無法獲得保障的重要原因。由于風(fēng)能發(fā)電一般是通過使用風(fēng)力完成發(fā)電，風(fēng)能原本就存在極大的不穩(wěn)固性，其風(fēng)速與風(fēng)向都不穩(wěn)定，所以如果不能嚴格管控風(fēng)能，當(dāng)風(fēng)速與風(fēng)向出現(xiàn)變化時會導(dǎo)致電力負荷與電能都會隨之出現(xiàn)變化，若變化太大、超出了電網(wǎng)可承擔(dān)的范圍，就會降低電網(wǎng)質(zhì)量。

1.3 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)組成繁瑣

受科技水平的影響，如今國內(nèi)風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)組成與動態(tài)特性都非常繁瑣，其中主要包含兩類系統(tǒng)模型，即非線性模型和線性模型都被用于風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，但因為二者在作用發(fā)揮和對環(huán)境需求上存在差異，所以采取傳統(tǒng)的技術(shù)方法，集中對其展開技術(shù)控制，勢必不能徹底滿足兩類模式下風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)需要，所以，把電氣控制技術(shù)充分用于系統(tǒng)方面顯得特別關(guān)鍵。

1.4 風(fēng)能發(fā)電廠機組運維問題

電廠機組問題主要指變電器、風(fēng)電機與輸送設(shè)備在發(fā)電階段影響到安全運轉(zhuǎn)的問題?，F(xiàn)如今，風(fēng)電裝置的運轉(zhuǎn)缺少系統(tǒng)的、可預(yù)測性的機組管理體制[2]。運維方面具體表現(xiàn)為：風(fēng)能發(fā)電電氣維護一般是定時檢修與故障維修相統(tǒng)一，幾乎是等電氣裝置產(chǎn)生故障才開始系統(tǒng)維護，這是維護的早期階段；現(xiàn)存的風(fēng)電檢測一般集中于電氣裝置方面，只控制室實測電機與變壓其傳輸功率等，并沒有仔細檢測電氣裝置的壽命以及有運轉(zhuǎn)隱患的配件，使得電氣運轉(zhuǎn)時無法實時掌握運轉(zhuǎn)狀態(tài)，僅能在維護時找到問題；許多風(fēng)電廠管理方式較為粗放，采取火電、水電控制方式，管理性弱，缺少創(chuàng)新性。維護者水平有限、缺少工作熱情、責(zé)任感差，由此導(dǎo)致風(fēng)電裝置故障很多，處理周期長，下降正常風(fēng)電運轉(zhuǎn)效率。

1.5 外部因素嚴重影響

風(fēng)能發(fā)電裝置運行環(huán)節(jié)，除發(fā)電裝置本身的故障現(xiàn)象會干擾發(fā)電系統(tǒng)可靠運轉(zhuǎn)外，還有大量外部因素嚴重影響，具體包含自然因素與人為因素[3]。針對自然因素而言，通常風(fēng)能發(fā)電裝置都建造在高水平面地理位置，這些位置的氣溫、氣壓、雷雨和濕度等外部因素的改變非常極端，既會影響風(fēng)能發(fā)電裝置可靠運轉(zhuǎn)，還在一定程度上破壞了風(fēng)能發(fā)電裝置，極大影響著風(fēng)能發(fā)電裝置正常運轉(zhuǎn)；針對人為因素而言，風(fēng)能發(fā)電裝置的控制比較繁瑣與專業(yè)，如操作者缺少較高的專業(yè)技能與服務(wù)意識，在具體操作中極易產(chǎn)生違規(guī)工作或疏漏工作，既不能有效保障風(fēng)能發(fā)電裝置的安全性，還會引發(fā)許多危險，導(dǎo)致風(fēng)能發(fā)電裝置癱瘓。

2 電氣控制技術(shù)具體運用實踐

我國很早就開始探究風(fēng)能的使用，但具體應(yīng)用仍采取示范模式展開，而且未形成規(guī)范。1990年后國家開始規(guī)?；瘎?chuàng)建風(fēng)能發(fā)電廠，隨后國內(nèi)風(fēng)能發(fā)電科技探究就邁向高速發(fā)展階段，按照2016年氣象局的風(fēng)力資源調(diào)研結(jié)果表明，國內(nèi)風(fēng)能發(fā)電總儲備量高達14864萬kV，裝機總?cè)萘渴?6900億kV，已是世界第四大風(fēng)能發(fā)電地區(qū)?，F(xiàn)如今涌現(xiàn)了大量風(fēng)能發(fā)展科技，而且得到普遍使用，下面就對常見技術(shù)展開介紹。

2.1 變槳距發(fā)電方法

風(fēng)能發(fā)電階段，如用作風(fēng)能發(fā)電的裝置出現(xiàn)輸出功率低的現(xiàn)象，將下降風(fēng)能使用效率，甚至影響發(fā)電質(zhì)量，由此必須嚴格管理風(fēng)能發(fā)電裝置的風(fēng)速功率[4]。若想處理這種問題就必須采取變槳距發(fā)電方法，經(jīng)調(diào)整槳葉角度（圖1），確保風(fēng)速太高時管控風(fēng)能發(fā)電裝置，從而提高風(fēng)能使用效果。此外，選擇重量輕、方便的物料加工變槳距扇葉，如此可以降低扇葉重量，由此降低裝置總體質(zhì)量還可以減小壓力，進而避免風(fēng)能發(fā)電裝置運行過程的故障。但是變槳距運行過程會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，需要投入大量人力與物力，增加了人力和物力的消耗，伴隨電氣控制技術(shù)含量的不斷提高，相信會妥善處理這種問題。

圖1 不同槳葉的槳距角對傳輸功率的影響

2.2 定槳距失速風(fēng)能發(fā)電方法

為處理風(fēng)能發(fā)電裝置運轉(zhuǎn)階段的并網(wǎng)情況，1985年開始在風(fēng)能發(fā)電方面使用定槳距失速風(fēng)能發(fā)電方法。發(fā)電裝置運轉(zhuǎn)階段一個十分關(guān)鍵的因素即定網(wǎng)，為進一步提升定網(wǎng)作用率，國內(nèi)技術(shù)工作者投放了許多精力，最后選擇把定槳距失速風(fēng)能發(fā)電方法和現(xiàn)實的風(fēng)能發(fā)電相統(tǒng)一，且把新發(fā)電科技和舊風(fēng)能發(fā)電方法相統(tǒng)一，如此能夠更好穩(wěn)固風(fēng)能發(fā)電裝置的運轉(zhuǎn)軌跡[5]。由此能夠發(fā)現(xiàn)，定槳距失速風(fēng)能發(fā)電的核心目的即限制功率，所以其本身的結(jié)構(gòu)比較繁瑣且質(zhì)量與體積很大，就算能實現(xiàn)功率限制目標，也很難保障整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。

因此，在推動這項工作時重點在于功率限制，一般是借助繁瑣的葉片結(jié)構(gòu)和很大的質(zhì)量來完成，這樣將影響發(fā)電裝置的總體運轉(zhuǎn)效率，在風(fēng)能級數(shù)很高的區(qū)域，該技術(shù)尚未得到普遍使用（圖2）。因此，在今后的風(fēng)能發(fā)電電氣管理系統(tǒng)中，要著重考慮怎樣在風(fēng)力很大的區(qū)域采用定槳距失速風(fēng)能發(fā)電方法。

圖2 不同運速下功率隨風(fēng)速的改變曲線

2.3 變速風(fēng)能發(fā)電方法

風(fēng)能是一種綠色、干凈、沒有污染的可再生能源，因其本身可靠性很差，不能正常管控風(fēng)速等特點，故在風(fēng)力發(fā)電過程按照風(fēng)向的改變性與風(fēng)機葉持續(xù)的變動，必須科學(xué)使用且把控操作方法，否則將下降風(fēng)力發(fā)電效果及效率。調(diào)整過程分析發(fā)電機運轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生的一系列變化，就能夠完全保障風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用效率。此外，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機管理系統(tǒng)內(nèi)，最常見的管理系統(tǒng)包括三種：改變速恒頻管理、葉尖速比追蹤管理、除去力矩運動鏈上力矩震蕩管理。

最早使用風(fēng)能發(fā)電通常是選擇恒速恒頻模式發(fā)電，該方法早期較為成熟且操控簡便，但所要風(fēng)力效率較低。唯有當(dāng)風(fēng)力尖速處于最好狀態(tài)且維持不變，此時就是最大化使用風(fēng)能。當(dāng)前，恒頻變頻模式受到廣泛關(guān)注且獲得普遍應(yīng)用，但是大規(guī)模應(yīng)用還比較困難，由于該技術(shù)所需的恒頻設(shè)備相對較為繁瑣，不同區(qū)域是適應(yīng)的風(fēng)速區(qū)不一樣，擴大了風(fēng)能發(fā)電使用范圍，因此在應(yīng)用時必須嚴格控制與利用，在最大程度上提升風(fēng)力效率，且全面推進國內(nèi)風(fēng)能發(fā)電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2.4 主動失速方法

主動失速方法有效整合了定槳距失速方法與變槳距發(fā)電方法因此稱為混合失速發(fā)電方法，根據(jù)風(fēng)速的變動、風(fēng)向的改變合理調(diào)節(jié)槳距角，由此管理風(fēng)能捕捉量及風(fēng)速，有較高的能量轉(zhuǎn)變效率，一定程度上保障了風(fēng)能發(fā)電的運轉(zhuǎn)效益。但是在具體使用時一直會出現(xiàn)失速問題，由此影響著輸出功率，極大干擾電氣控制，對此必須加大改進力度提高技術(shù)水平。

3 風(fēng)能發(fā)電裝置維護及管理策略

3.1 制定健全的技術(shù)控制體制

技術(shù)控制體制屬于風(fēng)能發(fā)電廠運轉(zhuǎn)管理體系方面的核心構(gòu)成部分，還是發(fā)電廠穩(wěn)定生產(chǎn)的重要保障。制定健全的技術(shù)控制體制要涉及如下內(nèi)容：

創(chuàng)建規(guī)范的班組系統(tǒng)。風(fēng)能發(fā)電廠需貫徹執(zhí)行各項安全生產(chǎn)體系，最關(guān)鍵的是加強班組控制。班組屬于風(fēng)能發(fā)電廠的一線組織，還是員工最多的部門之一，在組織結(jié)構(gòu)上占有核心位置，風(fēng)能發(fā)電廠運營管理的安全與管理策略，均需要班組有效實施。提高班組安全控制要求，班組人員唯有把安全生產(chǎn)觀念時刻放在首位，方可防止事故的出現(xiàn)。制定健全的安全控制體制，班組安全工作需實現(xiàn)常規(guī)化、制度化、標準化。安全應(yīng)融入工作的方方面面，保證工作前做好安全安排，工作時有安全措施，工作后做好安全總結(jié)，讓班組人員形成較強的安全責(zé)任思想，且在工作方面熟練了解安全知識。

提升技工和管理者的專業(yè)素養(yǎng)及能力。按照不同的辦公環(huán)境及職工文化差別，還有不同職工的要求，安排多樣化安全培訓(xùn)活動，鼓勵職工踴躍學(xué)習(xí)安全工作知識與工作規(guī)程，令安全生產(chǎn)從被動狀態(tài)變?yōu)橹鲃臃婪叮谒枷肱c技術(shù)方面滿足安全生產(chǎn)需要；構(gòu)建健全的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。對電氣裝置進行數(shù)字化控制，盡量借助計算機技術(shù)取代人工勞動，提升自動化程度，節(jié)約人力費用。制定運行登記機制，可以實時監(jiān)測且記錄所有電氣裝置的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并將之整合共享，方便維護和管理電氣裝置。

3.2 重視關(guān)鍵機組選型與質(zhì)量保障

風(fēng)能發(fā)電裝置像發(fā)電機等均是非常昂貴且難以調(diào)換的，若想保障這些供電配件的質(zhì)量，就必須加強全過程控制。在訂購機組時，要注重機組選型和應(yīng)該有的特點細節(jié)，比如110kV 有載調(diào)壓變壓設(shè)備中壓側(cè)不能安裝調(diào)壓線圈，而且降壓變壓器盡量具備67%及之上的自冷性能，同時優(yōu)選已經(jīng)過專業(yè)檢測且驗證達標的機組，仔細研究所訂購機組的測試報告，做好核算工作。出廠測試所購配件時，需要保障其各種性能在規(guī)范實驗下的結(jié)果符合實際要求，且把各種實驗結(jié)果制表并合理分析。

此外，為保障實驗結(jié)果具備代表性與真實性，必須通過反復(fù)測試積累原始信息，把多遍結(jié)果前后展開比較，以檢測其可否穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，該項工作需要機組投用后定時展開，以確保風(fēng)力發(fā)電供電穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，比如以250h 或30天為一個周期檢測發(fā)電機，由此減小發(fā)電機故障出現(xiàn)的幾率。

綜上，隨著國家經(jīng)濟水平的日益提高，國內(nèi)許多能源出現(xiàn)巨大消耗，而風(fēng)能發(fā)電既是一種可再生資源，大大節(jié)省了其它能耗，所以風(fēng)能發(fā)電變得越來越成熟。我國是個物產(chǎn)頗多的資源國家，為風(fēng)能發(fā)電提供了良好條件，由此突出了風(fēng)能發(fā)電在國內(nèi)電力領(lǐng)域具有十分關(guān)鍵的作用，既推進了國內(nèi)電力行業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展，還提升了社會經(jīng)濟效益。