周偉強(qiáng)

（國(guó)家能源集團(tuán)龍?jiān)唇里L(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(duì)電氣控制技術(shù)加以運(yùn)用時(shí)，必須將此方面作為突破口，有效減輕外部因素對(duì)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(duì)各種可能用到的發(fā)電設(shè)備的風(fēng)能利用率展開(kāi)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(guó)通過(guò)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(zhǎng)度設(shè)置為6m ～10m，在此種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)化效率相對(duì)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(shí)若是僅憑人力完成有關(guān)工作具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，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(wú)法獲得保障

風(fēng)力發(fā)電最為突出的問(wèn)題便是不夠穩(wěn)定，而這同時(shí)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(dòng)性，無(wú)論是風(fēng)速還是風(fēng)向都時(shí)刻處于變化的狀態(tài)。因此，若無(wú)法做到對(duì)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(huì)使得復(fù)合裝置以及電能均會(huì)隨之發(fā)生變化，如果驟然發(fā)生突變而超過(guò)了電網(wǎng)可承受限值時(shí)，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(guó)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(guò)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(wú)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(duì)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(wèn)題

發(fā)電機(jī)組方面存在的問(wèn)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(guò)程中引起的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)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(cè)機(jī)組的管理體系。運(yùn)維上則表現(xiàn)出下述問(wèn)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(shí)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(kāi)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(cè)大多只關(guān)注電氣設(shè)備，也就是控制室實(shí)測(cè)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(shí)不能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)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(wèn)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(kāi)展不夠系統(tǒng)、規(guī)范，而且較為死板、陳舊。維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)能力較低、欠缺工作熱情、責(zé)任意識(shí)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(zhǎng)時(shí)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(shí)，若是發(fā)電主機(jī)具有功率太低的問(wèn)題，便會(huì)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(duì)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(wèn)題，通過(guò)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(shí)也可以做到對(duì)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(guó)內(nèi)在生產(chǎn)制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扇葉時(shí)，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(guò)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(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，所以必須要對(duì)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(shì)，而且還融合了更加先進(jìn)的發(fā)電理念，對(duì)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(zhǎng)時(shí)期處于安全、高效的運(yùn)作狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電對(duì)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(guò)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(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，有利于工作人員對(duì)發(fā)電裝置的準(zhǔn)確調(diào)控，不過(guò)也可能會(huì)出現(xiàn)消耗無(wú)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(lái)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(shí)，外界環(huán)境因素也有可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，因此其使用起來(lái)具有局限性，只能運(yùn)用在風(fēng)力等級(jí)不存在太過(guò)嚴(yán)格限制的環(huán)境下。如果風(fēng)力等級(jí)過(guò)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(duì)其展開(kāi)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(lái)的發(fā)電機(jī)恒速運(yùn)動(dòng)，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(huì)隨時(shí)變動(dòng)，如此便可以按照風(fēng)速高低及時(shí)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(shí)，發(fā)電效率以及質(zhì)量均會(huì)由于功率上的問(wèn)題而受到一定影響，要想最大程度上減輕該問(wèn)題帶來(lái)的影響，要求對(duì)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(dòng)規(guī)律都或多或少具有區(qū)別，強(qiáng)化對(duì)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(shí)，牽涉到的電氣控制技術(shù)包括：（1）交流勵(lì)磁雙饋型；（2）永磁發(fā)電機(jī)類(lèi)型；（3）籠型異步發(fā)電機(jī)類(lèi)型；（4）磁場(chǎng)調(diào)制型及無(wú)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(wú)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(dòng)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(wèn)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(shì)，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(dòng)失速發(fā)電技術(shù)的具體運(yùn)用原理：對(duì)不同槳距角加以合理調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效捕捉以及對(duì)風(fēng)速變動(dòng)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(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)三相電壓位于電壓輪廓線之中，則此時(shí)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(chǎng)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(chǎng)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(jì)算、計(jì)時(shí)過(guò)程中所測(cè)得的電壓實(shí)際狀況加以掌握，低電壓在穿越過(guò)程中可以對(duì)電網(wǎng)具有的故障做充分處理，利用變槳實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速閉環(huán)的合理調(diào)整，此時(shí)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(shí)所使用的變流器裝置信號(hào)要加以準(zhǔn)確判斷，而且也要利用主控系統(tǒng)采取計(jì)時(shí)的方法實(shí)行判斷，不過(guò)具體發(fā)電中主控系統(tǒng)會(huì)對(duì)測(cè)量電壓結(jié)果的準(zhǔn)確程度帶來(lái)重大影響。針對(duì)主控判斷失誤觸發(fā)時(shí)間等層面的問(wèn)題，要基于標(biāo)準(zhǔn)判定時(shí)長(zhǎng)，如果穿越失敗，則必定會(huì)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(huì)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(jì)算轉(zhuǎn)速作為關(guān)鍵依據(jù)對(duì)其實(shí)行有效的調(diào)整。另外，還要求放開(kāi)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(duì)其順利調(diào)控。

3.6 無(wú)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(huì)受到風(fēng)速、風(fēng)向等多方面因素的干擾，產(chǎn)生無(wú)功消耗，因此，要求實(shí)行無(wú)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(wú)功功率消耗，而當(dāng)電壓通過(guò)這些元件時(shí)，因?yàn)橹挥袩o(wú)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(guò)這些元件時(shí)會(huì)對(duì)其造成破壞。針對(duì)此種狀況，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，利用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)，做到對(duì)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(huì)讓電壓、頻率等也受到較大影響，使得無(wú)功功率與有功功率間的平衡狀態(tài)被打破，要求對(duì)諧波采取一系列控制措施。一旦具有諧波便會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電效果帶來(lái)負(fù)面影響，會(huì)引起發(fā)電裝置的鐵元件、銅配件受損，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)超同步諧振的問(wèn)題。此外，相關(guān)電力裝置運(yùn)作時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱故障，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)無(wú)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(duì)電容器組展開(kāi)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此變更無(wú)功功率，降低諧波給無(wú)功功率帶來(lái)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(yǔ)

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(shì)，而過(guò)去廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)化石能源屬于不可再生能源，終會(huì)面臨枯竭的一天。所以，為了更好地保障社會(huì)發(fā)展，使人民生活的能源使用需求得到滿足，就要注重對(duì)新型清潔能源的開(kāi)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(gè)發(fā)電過(guò)程更加安全、穩(wěn)定，就要求加強(qiáng)對(duì)電氣控制技術(shù)的應(yīng)用，要詳細(xì)分析實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)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(lái)，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。