（明阳智慧能源集团股份公司）
摘要：风能发电能够创造巨大的经济与社会效益，在利用风能进行发电工作时，需要借助于风力带动叶轮旋转进而产生电能。通过加强对风机与电气控制系统的研究与应用，能够显著改善发电质量与效率。本文先对变速恒频风力发电机组电气控制系统的组成进行分析，并进一步研究系统设计的相关内容。
关键词：变速恒频发电机组；电气设计；电气控制系统
1引言
随着国内工业化进程的不断加快以及居民生活质量的显著提高，当前对于电能资源的需求量急剧增加。由于风力发电不仅能够提供丰富的电能资源，并且发电环节不会对环境造成污染，因而风力发电系统逐渐受到了世界各国的重视。
2电气控制系统的组成
对于风电机组而言，控制系统是整个机组的重要核心。同时，该系统与风电机组的不同组成部分之间有着密切的关系，一旦控制系统出现控制精确以及功能方面的问题，势必会对整个机组的运行效率与安全性造成不利的影响。因而，要确保电气控制系统的可靠性，进而提高整个机组的运行效果。总体而言，该系统主要由以下四部分组成：
2.1主电路
在整个风电机组中，主电路作为重要的配电系统，它主要与电网、发电机以及控制回路等部分进行连接。当控制器发出相应的指令之后，主电路可以进行各机构的有效连接，进而形成一个强电控制回路。这一过程中，主电路还要提供电源，并且要把反馈数据及时的回传到控制器，进而对各个机构的运行状态进行有效的监测。
2.2控制系统
一般来说，控制系统主要由两部分组成：其一，PLC控制器；其二，控制系统中还含有不同种类的扩展模块，各模块具备不同的功能。控制系统的主要作用是对风电机组进行有效的控制，同时对各组进行保护。此外，控制系统还有这故障检修以及参数修改等功能。通过将控制系统与通讯设施相连接，可以进行远程通信。在进行控制系统的具体设计工作时，要对外界的自然环境状况进行分析，有效提高控制系统的安全与可靠效果。现阶段，应用较多的有西门子S7-300等类型的控制器，其具有相应的编程功能。
2.3变频器
对于变频器而言，它也是变速恒频风电机组控制系统的重要组成部分。变频器主要由两部分构成：网侧以及转子侧变换器。通过变换器的应用，可以实现功率的双向流动，同时还能对电流频率、相位等参数进行实时的调节。
2.4传感器及和通讯接口
在整个风电机组中，由于功能方面的需求，需要用到不同类型的传感器。比如，目前应用较为广泛的有风速仪传感器以及风向标传感器。此外，转速、温度以及压力传感器也经常用到。在开展发电工作时，需要将传感器和相应的通讯设备进行连接，并且要根据实际状况选取合理的通讯方式，进而确保各项信息、数据得到全面的采集和实时的传送。
3变速恒频风力发电机组电气控制系统设计分析
早在上世纪末，随着信息技术以及计算机技术的快速发展，微处理技术在各行各业中得到了广泛的应用。对于风力发电机组而言，其电气控制功能的实现，需要借助模拟器件来实现。同时，随着数字技术以及智能化技术的不断进步，未来的风力发电工作中也将更加依赖微处理器及其相应的技术。通过微处理器的使用，可以实现机组系统的简化，同时能降低空间的占用率，并且还能显著提高系统的智能化水平以及控制能力。此外，在进行机组的操作与维护工作时，微处理器也能提供极大的帮助。当前，风力发电领域逐渐朝着无人化、智能化的方向发现，因而在进行电气控制系统的研究过程中，重点要做好监控系统的设计工作，不断提高监控系统的智能化、自动化水平。其中，下图1为某机组电气控制系统结构示意图。
图1 系统结构示意图
3.1运行状态研究
通过对变频控制理论的研究，可以大致将整个风电机组的运行状态分成五个不同的阶段：其一，随着风速的不断增大，发电机的转速也将随之增加，机组将逐渐过渡到开机准备状态。其二，通过对发电机进行调节，可以达到并网条件，之后将开始运行；其三，当峰值达到Cp恒定区之后，需要对机组的最大输出功率实时跟踪；其四，随着风速的不断增大，发电机的转速也将达到峰值，这一状态下整个机组将进入到恒定转速阶段。该过程中，风速的逐渐增大将造成机组浆距角出现变化；其五，当风力继续增大时，将超出变桨距的控制能力，这一状态下要及时进行停机操作，进而防止发电机组结构出现损坏，并且避免相关事故的发生。
3.2工作状态及转换分析
整个风电机组运行期间，可以将其分为四种不同的工作状态：其中，前两者是正常运行状态以及暂停状态，后两者是停机状态以及紧急停机状态。借助于电气控制系统，能够实现对机组工作状态的实时切换，进而对整个机组进行全面的控制。这样一来，发电机组就可以对风力变化状况进行有效的应对，并且可以保证发电机组运行过程的稳定性、安全性。首先，在正常运行过程中，机械刹车系统将会处于松开状况，机组能够进行并网发电工作。在该状态下，变桨距系统能够维持在最佳的运行状态；其次，当机组进入到暂停状态时，液压泵压力将会维持平稳，这时变桨距的倾角将会保持在90°左右。此外，当机组处于暂停状态时，发电运行功能将不会被启动。但是，该状态下机组的各个设备将会处于一种待机的状态，这一环节有利于机组的调试检验；另外，当进入到停机状态时，整体液压系统的压力将会维持在平稳状态，并且调向系统将出现停止运行的状况。风电机组运行环节中，其工作状态与运行状况之间是同步的关系，并且不同状态之间是循序渐进的关系，进而有效保证了机组运行过程的稳定与安全效果。
3.3基本结构和功能
借助于主控制器，可以实现对整个机组的全面控制。同时，控制系统还能对各项参数与信息进行有效的监控。通过利用通信设备，能够进行各个设备信号、数据的全面收集，进而统一发出控制指令，确保各个设备的功能得以实现。作为整个电气控制系统的重要组成部分，以PLC主控制器为基础建立起的物联网系统，可以对当地的风力、气象等参数进行全面的收集，同时还能对发电机组的实时运行状态进行监控。这一过程中，需要用到较多种类的传感器，并且这些传感器要能在预定的程序下完成无缝切换。对于电气控制系统而言，其最基本的职能就是确保整个机组的安全、稳定运行，并在这一要求的基础上进行变速恒频控制。
3.4监控系统设计
相比于火电、水电模式而言，风力发电所应用的控制模式较为粗放。但是，发电环节中对于风电场相关数据的采集、资源的回收有着极高的要求。因而，在一些风力资源丰富、人口相对稀疏的地区，要对风力发电事业引起关注。尤其在进行自动监控系统的设计与研究工作时，既要保证各项信息得到全面的采集，同时还要对发电环节进行合理的调度和规范化的管理。具体来说，监控系统的设计可以细分为三个不同的单元：其一，对于底层控制单元而言，需要进行信息的采集、机组状态的切换，同时还要在无人状态下进行故障的申报；其二，对于中央控制区而言，它是整个物联网系统的通讯核心；其三，在进行远方控制部分的设计时，要注重远程控制技术的应用。
4结束语
本文首先对变速恒频风电机组的组成以及运作状态、原理进行了阐释，并进一步对电控系统结构和相关的软硬件控制技术方案进行了研究。随着风电事业的快速发展，各技术部门要对发电机组理论进行深入的研究，并在此基础上进行通讯配合与变速恒频控制方面的应用与实践，确保我国风力发电事业的健康平稳发展。
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论文作者:陈文林,艾庄启
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：机组论文; 控制系统论文; 状态论文; 电气论文; 风电论文; 系统论文; 这一论文; 《河南电力》2018年22期论文;