摘要：目前风力发电系统实现了自动化管理模式，并得到相关电力行业的大力关注。但在应用的过程中还存在着很多的问题和不足之处。本文对风电站中采用电气自动化技术的必要性以及风电站电气自动化利用存在的一些问题进行了分析，并提出了一些解决的措施。
关键词：风电；电气自动化；问题；对策
近年来，人们对于电力工程方面的建设需求逐渐增大，电力行业也在人们需求推动的背景下快速的发展起来。与此同时，自动化技术也在不断地发展，并且自动化技术在我国电力工程中的应用也越来越广泛，在电力工程中的作用也逐渐明显，并且受到了电力工程相关行业的青睐。目前已经逐渐形成了一套比较完善的电力自动化应用体系，使电力系统的运行效率得到了很大程度的提升，使人们的用电质量得到了有效的提高，使我国电力工程建设的可持续发展得到了很大的提升。下面本文主要从三个方面进行论述：第一，风力发电的原理；第二，风电站中采用电气自动化技术的作用；第三，风电站中采用电气自动化技术过程中存在的问题；第四，电气自动化系统应用控制策略分析。
1 风力发电原理
风力发电的原理是把风能转化为机械能，再将机械能转化为电能进行输出。具体过程是通过风带动风机叶片转动，从而使发电机内部线圈旋转切割磁场，最终产生感应电流，并被储能装置以电能的形式储存起来。通常风力发电机由风轮叶片、低速轴、高速轴、风速仪、塔架、发电机、液压系统、电子控制系统等部件组成。其中，风轮是将风能转化为机械能的装置，根据风向的变化调节风轮方向，可以最大限度地利用风能。塔架是连接支撑风轮和发电机的支架，其高度是由周围地势和风轮大小决定的，以确保风轮的正常运行。发电机是将风轮产生的机械能转化为电能的装置。在风机构造中，定义风轮叶片尖端线速度与风速之比为叶尖速比，是风机的重要参量，其大小是影响风机功率系数的重要参数。通过设计风轮的不同翼型和叶片数，可以改变叶尖速比。风机组的功率调节是风力发电系统的关键技术手段，其主要方式包括定桨距失速调节、变桨距失速调节和主动失速调节三种。定桨距失速调节将风机叶片和轮毂固定，叶片顶角不能随风速进行调整，其结构相对简单，可靠性强，风机输出功率随风速而变化，因此在低风速下其利用率较低。变桨距调节是通过改变桨距角调整风能的转化效率，尽可能的提高风能转化效率，使风机输出功率保持平稳。主动失速调节是通过叶片主动失速来调节输出功率。当风速低于额定风速时，通过控制系统进行调控；当风速超过额定风速时，变桨系统通过增加叶片攻角使叶片失速，从而限制风轮的吸收功率。
2风电站中采用电气自动化技术的作用
2.1使风电站工作的可靠性得到了有效地提升
风电站运行的主要任务就是要使电能的输出得到有效保障。在电气自动化运用进风电站工作过程中后，就可以对风电站的工作情况进行实时的掌握。与此同时，电气自动化技术还可以自动生成风电站的监控日志。如果在风电站设备运行的过程中，某个程序或者设备出现了一定的问题，电气自动化系统就会发出警报。操作人员就可以及时发现设备或者程序出现了问题，并及时对出现的问题进行解决处理，从而使风电站的正常运行得到有效地保障。
2.2使电能质量得到有效的保障
电能质量的衡量有两个指标，一个是电压，一个是工作频率。风电站设备在工作的过程中，无功功率会对整个电网的电压造成影响，从而导致有功功率对工作频率产生影响。在电网工作的过程中，电能的负荷是处于不稳定的状态，并且还会不断地变化，这就导致增加了操作人员控制工作的难度。要想实现对整个风电站运行系统的控制，就需要对风电站进行自动化改革，使电能质量得到有效的保障。
2.3增加风电站运行的经济性
风电站的正常运行，不仅要对电能质量进行保障，还要对其他设备运行的经济性进行有效的控制。详细来说，风电站运行的经济性是使整个风电站电力系统能够以最好的状态运行的有效保障。但是在当前的风电站运行过程中，要想保障运行的经济性。不仅要对风电站的实际运行情况进行考虑，还要对风电站中整个电网的分配负载进行分析，在这个基础之上，才能够选择出最佳的机组运行模式，保证在使用最少的运行机组的基础之上，是风电站生产的电能的最大化的效益。
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3风电站电气自动化利用存在的问题
3.1电网不稳定
人们利用风轮转动的惯量来分析风电机组输出功率的稳定性。但这种方式会形成谐波，减少输出到电网的功率。另一方面，当电网中并入容量满足额定容量时，就会减小电压稳定性，如果电网出现了问题，不稳定的电压就会让机组无法有效地向电网输送能量，让保护动作切出电网，直接造成电网的不稳定。
3.2风电机组不能展开整机设计
我国的风力发电机组零件相比于西方发达国家还存在较大的差距，比如像集电环之类的零部件还需要从外国引进，从而使得我国的风力发电机组难以进行国产化的安装、设计。同时，在风电机组的管理与咨询方面，还没有构成产业链，并且体系不健全，对风力发电的发展造成了较大的影响。
3.3 控制技术存在缺陷
在机械控制中，我国的桨叶一般使用的是美国的 NANC 系列，虽然其具有较好的动力性能，但是由于其风轮风速与工况的作用，使得风轮受力不均，在旋转的过程中会出现不稳定性、反复的改变，导致风力机组出现振动，形成较大的噪音。
4解决措施
4.1自动检测控制。
自动检测是定期自动化设备在风电站应用中的基础应用功能，对风电站中设备运行的参数进行精确有效地监控，对风电站的自动化控制来说，是不可或缺的。需要进行实时监测的设备有发电机组系统、辅助设备系统、控制设备等，监测的主要参数有电压、电流、温度等。主要就是通过自动化监测的方式将信息传递回来。并将传递的信息转换成数字和图像，便于进行观察和分析。
4.2改进机械结构
对机械结构进行改进，能够从以下两个方面着手：其一，能够利用先进的驱动设备，把齿轮箱与主转动轴等相结合，降低机组零部件的使用，进而极大地增强系统的工作效率、安全性、稳定性，并减少部件安装与维修的经济支出；其二，能够对机械的结构动力学设计展开优化，防止由于风力的变化影响到机械结构的负荷，并减少零部件所受到的应力，降低整个机组与部件的重量，极大地降低成本。
4.3改进控制技术
对于风力发电系统的易干扰、不稳定的问题，一般使用系统模型控制的方式予以解决，但是该种方法具有一定的局限性，所以其仅限于某个系统的指定周期使用，难以有效地预防能量转换多个过程中所产生的变化。在风场运行的环境下，风电机组由于无人值守，所以对系统的控制有着更高的要求。使用自适应控制器，能够让风电机组在最大的范围内，使用功率系数得到优化。其工作原理为，利用对系统的输入输出展开测量，分析控制过程中需要的参数，并利用控制系统展开控制。相比于原有的控制器，自适应控制器性能得到了较好的优化，性能大大增加。它通过构建出准确的数学模型，对风力发电机组的电功率展开控制，进而更高效地进行控制，并节约成本。
5结语
我国作为一个能源生产和消耗大国，发展清洁能源对于解决能源短缺和环境保护具有重要意义。风电技术可以减少化石燃料对环境的污染，降低有害气体的排放，保护生态平衡。但是当前风电自动化技术还存在许多问题，因此需要分析具体问题，制定相应措施，优化风电产业结构，加大投入力度，促进风电技术的稳步发展。
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论文作者:林瑞平
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
标签：风电论文; 风轮论文; 电能论文; 机组论文; 叶片论文; 电网论文; 风速论文; 《电力设备》2019年第16期论文;