摘要：随着社会及经济的不断发展，人们环保意识的不断增强，对于清洁能源的需求也越来越迫切，而风能是清洁能源中可再生且无污染的重要资源，风力发电也已得 到高速发展，但是风电发电机组的工作效率及发电成本仍需要得到进一步改进，以更好的促进我国的清洁能源及电力行业的发展。文章首先介绍了风电发电机组的控制系统的结构，并从不同的角度来分析风电发电机组控制中的电气改造，以达到提高风电发电机组工作效率的目的。
关键词：风电发电机组；电气控制；改造
引言
现阶段的风电产业借助大型电力发电机组来达到增加场地利用率的效果，并且大型电力发电机组的使用对于降低各项成本也有着非常重要的意义，这也是风能优于其他清洁能源的方面，随着对电力资源需求的增加，大型风电发电机组的数量也会不断增加，有效促进我国风电企业的高效发展。但由于风能属于天然资源，风速及风向等因素都比较难控制，并且通常大型风电发电机组的工作环境都比较恶劣，对其工作效果产生一定的影响，这就要求相关的风电企业，通过改善大型风电发电机组控制中电气改造来促进我国风电行业的发展。
1 大型风电发电机控制系统结构的介绍
大型风电发电机控制系统的工作原理是借助现场安装的各种模块，来实现对周围风况/发电机组的运行参数及电网运行情况等的监控，并保持和其他功能模块之间的通信。风电发电机控制系统是在综合分析所有情况之后，将各类控制指令发出，电气控制系统的框架如图1：
框架图中，整个电控系统的核心便是主控制器，其借助各种传感器来对风电机组运行参数/气象及电网等实时监控，通过向外发出不同的控制指令，完成整个机组的自动停机/启动/监控运行故障/变速控制/自动偏航控制等[2]。
2 电气控制系统基本功能的改造
2.1 自动起停风电机组改造
该部分主要分为控制面板启动/自动启动及远程监控启动三种启动方式。而停机主要是紧急停机/安全停机和自动停机三种，其中，如果出现的故障对机组产生致命性的严重损害时，实施紧急停机，即将补偿电容切断，并同时进行空气动力刹车、偏航刹车/高速机械刹车，迫使电机组马上停机；如果出现的故障对机组产生不太严重的损害时，选择安全停机；如果出现的故障未损害到机组，选择正常停机[1]。
2.2 电机切换控制改造
电流从大电机向小电机切换的过程中，小电机会受到电流非常大的冲击，为了将电流控制在小电机可接受的电流范围内，可以借助可控硅控件来实现对电流的控制，来确保小电机的正常运作。此外，为了确保使用可控硅过程中的安全性，需要将瞬态抑制电路安装到主电路中，以有效抑制可控硅电压的上升率，进而降低电流的上升率[3]。
2.3 软并网技术的应用
软并网系统限流效果的实现需要借助大功率可控硅，如果直接进行发电机组的的并网，就很容易出现非常大的冲击电流，对电网和发电机都会产生较大的损害，还会对其他联机网组产生影响。机组在并网或者电动启动时，主控制系统可以通过指挥可控硅的运作来安全控制并网的全过程。同时，并网旁路中还应该通过可控硅控件来降低开关设备受到的电流冲击，以有效保护整个开关设备。
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2.4 自动解缆与偏航
自动解缆与偏航是大型风电机组电气控制中一项重要技术，当优先级比较高的偏航操作被执行时，优先级相对较低的偏航指令将会被清除或者自动屏蔽，还会根据不同级别的偏航指令的方向来分为方向相同和不相同两种处理方式。出现故障或者处于维护状态的系统，全部的偏航指令都会被屏蔽掉。偏航系统还分左右两种偏航执行操作，并且在改造两种偏航操作的过程中，要保证其软件改造、硬件线路和机械环节上的互锁，确保整个偏航系统的安全。当出现风比较大的情况时，控制系统要通过叶轮九十度侧风来对其进行保护，并且要对风向的变化继续进行追踪，保证整个风电机组的安全运行。
解缆系统也是由两部分构成，分别是扭缆开关控制的安全链保护和扭缆传感器控制的自动解缆。如果电缆缠绕到达相应的设定值的情况，电缆传感器发出相应的信号，控制系统结合信号来对偏航系统进行控制操作，以实现电缆解绕的效果。如果在这种情况下，控制系统未实施自动解缆操作，在电缆缠绕到达可承受的极限时，解缆的安全链保护就会被触发，这时机组就会出现紧急停机，并对不能自动修复的故障进行报告，等待人工解缆操作。
2.5 人机交互式切换控制改造
体现风电发电机组自动化程度的重要指标之一就是人机交互式切换控制的实现，机组运行的各项参数值都可以通过MCGS组态软件改造的操作界面被操作者操作和改造，进而通过工控机来对相关指令进行识别和接受，借助PLC控制系统通讯环节来实现远程控制风电发电机组。此外，机组反馈回来的的运行参数及状态和设定好的参数进行比较，以便于操作者及时准确的判断出整个风电发电机组的运行状态。
2.6 制动控制改造
制动改造环节包括设备自行保护措施、主控制保护系统和主控制保护系统限制不了的保护系统三个主要部分。改造制动控制时，应该确保整个改造有不少于两套不相互依赖的刹车设备，比如，可以利用冗余原则来改造主控制系统限制不了的保护系统，由于主控制保护系统是安全链中不被主控制系统限制的重要环节，这就要求必须要确保最高优先级的安全链，一旦电网或者主控制保护系统有严重故障出现，安全链应马上制动，使风电发电机组立刻停机，实现安全拖网。
2.7 其他方面的改造
远程通讯控制功能是风电发电机组电气控制系统应该具备的重要功能，由于风电场现场工作人员比较有限，这也就决定了集中管理及远程控制的必要性。为了降低工作人员的劳动量，就需要借助中央控制室的远程控制系统来实时的对各项运行参数进行保存及收集分析。此外，运行监测及故障处理也是电气控制系统具备的重要功能，电气控制系统通过对收集到的各种参数的收集和分析，对故障类型进行监测和判断，并根据判断结果选择合适的停机方式对故障进行处理，并及时向操作者发出通知。
3 结束语
风电发电机组作为风力发电能力的决定性因素，其工作效率直接影响到整个风力发电的结果，而风电发电机组的电气控制系统是影响整个机组工作效率的关键部分，只有保证电气控制系统改造的科学合理，才能确保整个机组的运行效率，进而促进整个风力发电的效果，为社会及经济的发展提供充足稳定的电力资源。
参考文献
[1]卢裕富，钟理，刘天鹏.浅谈大型风电发电机组控制中的电气改造[J].科技风，2014，01：9.
[2]孔屹刚.大型风力机功率控制与最大能量捕获策略研究[D].上海交通大学，2009.
[3]张新房.大型风力发电机组的智能控制研究[D].华北电力大学（北京），2005.
论文作者:许春福
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：机组论文; 风电论文; 控制系统论文; 系统论文; 电气论文; 电流论文; 可控硅论文; 《基层建设》2018年第1期论文;