伍衛(wèi)華 高飛 巴恩 吳曉演

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-1862

作者簡介：

伍衛(wèi)華（1969—）男，本科，?正高級工程師，研究方向為電力工程技術。

高飛（1979—）男，本科，正高級工程師，研究方向為電力工程技術。

巴恩（1994—）男，本科，工程師，研究方向為電力設備運行與檢修技術。

摘要：風能作為一種取之不盡、用之不竭的自然資源，逐漸成為了人類利用能源的重要選擇。但風速、風向等因素的變化會對風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。如何提高風力發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，是風能利用面臨的重要挑戰(zhàn)。而電氣控制技術可以通過對設備的精確控制和實時監(jiān)測，實現(xiàn)對風力發(fā)電設備的有效監(jiān)測和控制，保證發(fā)電的穩(wěn)定和連續(xù)性。本文將深入探討電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用及其重要性。

關鍵詞：電氣控制技術 ??風力發(fā)電系統(tǒng) ??風能預測優(yōu)化 ??電網(wǎng)控制

中圖分類號：TM76

電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用對于提升風力發(fā)電的穩(wěn)定安全性、實現(xiàn)風力資源的最大程度利用，以及降低外部因素對發(fā)電的影響等有重要作用。對電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用進行研究，旨在提高風力發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，推動風能利用的可持續(xù)發(fā)展。

1電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用

電氣控制技術是研究如何通過電氣設備和電路來控制和調(diào)節(jié)電氣設備的運行狀態(tài)和參數(shù)，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全的一門技術。電氣控制技術涉及到多個領域的知識，如電子技術、電力電子技術、計算機技術、通信技術等。

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，電氣控制技術發(fā)揮著重要的作用。

1.1提升風力發(fā)電的穩(wěn)定性和安全性

風力發(fā)電的有關設施設備主要處在暴露環(huán)境中，自然環(huán)境的溫度、氣壓、濕度以及地勢等因素會對其產(chǎn)生較大的影響，使得有關設備的運行也存在一定的隨機性和不確定性，對電能質(zhì)量和發(fā)電效率會產(chǎn)生阻礙。要想保證發(fā)電穩(wěn)定連續(xù)，就要開展有效的監(jiān)測控制，這就需要電氣控制技術的大力支持[1]。

1.2實現(xiàn)風力資源的最大程度利用

風力資源如果想要得到最大程度的利用，就需要相應的控制技術保證設備運行的連續(xù)性。借助電氣控制技術，可以實現(xiàn)對風速的準確測量和控制，從而優(yōu)化風力發(fā)電機的運行狀態(tài)，提高發(fā)電效率。

1.3提升風力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的銜接效率

風力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間進行銜接時，有關設備的運行效率大大提升，發(fā)電機組可以穩(wěn)定安全地運行。電氣控制技術可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的精確控制，確保其與電網(wǎng)的穩(wěn)定連接，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用

2.1風力發(fā)電機組的控制

2.1.1啟動與停止控制

通過電氣控制技術，可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的啟動和停止。當風速達到一定水平時，控制系統(tǒng)會根據(jù)風速傳感器的信號，啟動發(fā)電機組并開始發(fā)電。這樣可以充分利用風能資源，提高發(fā)電效率。當風速過低或過高時，控制系統(tǒng)會停止發(fā)電機組，避免設備損壞。這是因為風速過低或過高可能會對發(fā)電機組造成損害，如葉片損壞、電機過載等。通過電氣控制技術，可以實時監(jiān)測風速，并根據(jù)需要調(diào)整發(fā)電機組的運行狀態(tài)，確保設備的正常運行和安全性。此外，電氣控制技術還可以實現(xiàn)對發(fā)電機組的功率控制和保護控制。例如：當風速突然增加時，控制系統(tǒng)可以迅速降低發(fā)電機組的功率輸出，避免設備過載。同時，控制系統(tǒng)還可以對發(fā)電機組的溫度、壓力等參數(shù)進行監(jiān)測，確保設備在安全范圍內(nèi)運行[2]。

2.1.2功率控制

為了確保風力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行并避免過載，電氣控制技術可以實時監(jiān)測發(fā)電機的輸出功率，并根據(jù)需要進行調(diào)整。例如：當風速突然增加時，風能會迅速增加，從而可能導致發(fā)電機組的功率輸出迅速增加。如果這種增加沒有得到及時的控制，可能會導致發(fā)電機組過載，進而損壞設備。此時，電氣控制技術可以通過實時監(jiān)測發(fā)電機的輸出功率，以及相關的運行參數(shù)，如電流、電壓等，來及時判斷發(fā)電機組的運行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)功率輸出過大，控制系統(tǒng)可以迅速采取措施，如降低發(fā)電機組的轉速、調(diào)整葉片角度等，以降低功率輸出，避免設備過載。此外，電氣控制技術還可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和預測模型，對風速和功率進行預測，從而提前進行控制調(diào)整，以更好地適應風速的變化，確保風力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。

2.1.3保護控制

電氣控制技術還可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的保護。例如：當發(fā)電機組出現(xiàn)故障時，如電機故障、齒輪故障等，控制系統(tǒng)可以迅速切斷電源，以避免故障擴大。這可以保護設備免受進一步的損壞，并減少停機時間，提高設備的可用性和壽命。同時，電氣控制技術可以對發(fā)電機組的溫度、壓力等參數(shù)進行實時監(jiān)測。這些參數(shù)可以反映設備的運行狀態(tài)和健康狀況。當參數(shù)超出安全范圍時，控制系統(tǒng)可以發(fā)出警報或采取相應的措施，如降低發(fā)電機組的轉速、進行溫度調(diào)節(jié)等，以確保設備在安全范圍內(nèi)運行。此外，電氣控制技術還可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的定期維護和保養(yǎng)[3]。通過對設備運行數(shù)據(jù)的分析和預測，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進行預防性維護，減少故障發(fā)生的概率，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2風能預測與優(yōu)化

2.2.1風速預測

為了充分利用風能資源，需要準確預測未來的風速變化。通過氣象監(jiān)測設備，可以實時監(jiān)測風速、風向、氣壓等氣象參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)輸入電氣控制系統(tǒng)的算法中。電氣控制系統(tǒng)的算法可以對這些數(shù)據(jù)進行處理和分析，利用歷史數(shù)據(jù)和預測模型，對未來一段時間內(nèi)的風速進行預測。這種預測可以幫助決策者提前了解風速的變化趨勢，從而調(diào)整風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)。例如：當預測未來一段時間內(nèi)風速將增加時，控制系統(tǒng)可以提前增加發(fā)電機組的轉速，以適應風速的變化。當預測未來一段時間內(nèi)風速將降低時，控制系統(tǒng)可以提前降低發(fā)電機組的轉速，以避免過載和設備損壞。通過這種預測和調(diào)整策略，電氣控制技術可以實現(xiàn)對風能資源的優(yōu)化利用。

2.2.2能量調(diào)度

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，多個風力發(fā)電機組通常會并網(wǎng)運行，以增加發(fā)電量和提供更可靠的電力供應。然而，并網(wǎng)運行也帶來了一些挑戰(zhàn)，如不同機組之間的功率協(xié)調(diào)、電網(wǎng)穩(wěn)定性的保持等。而電氣控制技術可以通過能量調(diào)度功能來解決這些問題?？刂葡到y(tǒng)可以實時監(jiān)測電網(wǎng)的需求和各機組的狀態(tài)，并根據(jù)這些信息進行智能決策。根據(jù)電網(wǎng)的需求，控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整各機組的功率輸出，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行[4]。例如：當電網(wǎng)負荷增加時，控制系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)各機組增加功率輸出，以滿足電網(wǎng)的需求。當某一機組出現(xiàn)故障或性能下降時，控制系統(tǒng)可以調(diào)整其他機組的功率輸出，以保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3電網(wǎng)接入控制

2.3.1并網(wǎng)控制

并網(wǎng)操作是風力發(fā)電機組與電網(wǎng)連接的關鍵步驟，涉及電氣安全、電力質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等多方面的問題。因此，在并網(wǎng)操作之前，需要對并網(wǎng)條件進行嚴格的監(jiān)測和判斷，確保發(fā)電機組滿足并網(wǎng)要求。電氣控制技術可以通過傳感器、檢測裝置等設備，實時監(jiān)測風速、轉速、電壓、電流等參數(shù)，以及電網(wǎng)的電壓、頻率等參數(shù)。當這些參數(shù)滿足并網(wǎng)條件時，控制系統(tǒng)會根據(jù)預設的邏輯和控制策略，判斷是否可以進行并網(wǎng)操作。在并網(wǎng)操作過程中，電氣控制技術還可以對并網(wǎng)過程進行精確控制。例如，控制系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)電機組的轉速和電網(wǎng)的電壓、頻率等參數(shù)，精確控制發(fā)電機組的并網(wǎng)速度和并網(wǎng)角度，確保并網(wǎng)操作的順利進行。

2.3.2電壓與頻率控制

實時監(jiān)測電網(wǎng)的電壓和頻率是電氣控制技術的重要功能之一。通過傳感器、檢測裝置等設備，控制系統(tǒng)可以實時獲取電網(wǎng)的電壓和頻率數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)反映了電網(wǎng)的運行狀態(tài)，對于評估電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性具有重要作用。

根據(jù)電網(wǎng)的電壓和頻率數(shù)據(jù)進行調(diào)整是電氣控制技術的關鍵任務之一。當電網(wǎng)的電壓或頻率出現(xiàn)波動時，控制系統(tǒng)可以根據(jù)預設的邏輯和控制策略，迅速調(diào)整發(fā)電機組的功率輸出，以保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。這種調(diào)整可以減少電網(wǎng)波動對其他用電設備的影響，確保電力供應的可靠性和穩(wěn)定性。

2.4故障診斷與預測

2.4.1故障診斷

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機組出現(xiàn)故障是常見的情況。為了快速確定故障原因并進行維修，電氣控制技術可以利用歷史數(shù)據(jù)和專家知識庫進行故障診斷。例如，電氣控制技術可以收集發(fā)電機組的歷史運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、轉速、溫度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以反映發(fā)電機組的運行狀態(tài)和性能變化。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生前后的參數(shù)變化，從而初步判斷故障的原因和部位；電氣控制技術可以利用專家知識庫進行故障診斷。專家知識庫是包含大量專家經(jīng)驗和知識的數(shù)據(jù)庫，可以對各種故障情況進行分類和描述[5]。通過與專家知識庫進行比對和分析，可以進一步確定故障的原因和部位，為維修人員提供準確的維修指導。

2.4.2故障預測

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，設備故障是不可避免的。為了減少故障的發(fā)生和影響，電氣控制技術可以對設備運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析。通過對歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的對比，可以發(fā)現(xiàn)設備參數(shù)的變化趨勢和異常情況。當發(fā)現(xiàn)潛在的故障征兆時，電氣控制技術可以及時發(fā)出警報或進行干預，提醒維修人員注意并進行預防性維護。這種預防性維護可以避免故障的擴大和惡化，減少設備停機時間，提高設備的利用率和壽命。此外，通過對設備運行數(shù)據(jù)的分析，電氣控制技術還可以對設備的性能進行評估和預測。通過對歷史數(shù)據(jù)的趨勢分析和預測模型的建立，可以預測設備未來的性能變化和潛在故障風險。這種預測功能可以為維修人員提供更準確的維修計劃和指導，提前采取措施進行維護和修復，確保設備的穩(wěn)定運行。

3結語

綜上所述，電氣控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)控制中的應用具有廣泛性和重要性。從風力發(fā)電機組的并網(wǎng)操作到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，再到故障預測和預防性維護，電氣控制技術都發(fā)揮著關鍵作用。未來，隨著智能化、自動化技術的不斷發(fā)展，電氣控制技術將在風力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用，推動風能利用的進一步發(fā)展，為全球能源結構的轉變和環(huán)保事業(yè)做出更大的貢獻。

參考文獻

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