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风力发电自动化控制系统中的智能化技术应用研究

王和昌

国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司,广西桂林,541199

摘要: 在风力发电期间,离不开对自动化控制系统的依赖,也是实现电网稳定运行的基础和保障。然而,随着经济发展趋于多元化,社会对电力资源的需求量也在持续增加,风力发电自动化控制系统也需要积极做出转变,才能更好的满足生产需要和用户需求。由此可见,将智能化技术应用于风力发电自动化控制系统中显得尤为重要,如何在风力发电自动化控制系统中合理运用智能化技术也成为急需解决的问题。
关键词: 风力发电;自动化控制系统;智能化技术;
DOI:10.12721/ccn.2022.157185
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目前,许多国家正在积极促进和开发新的能源技术,以避免因缺乏不可再生资源而限制其国家发展。风能、太阳能、氢能和核能是新的环境友好型能源,风力发电已在该国许多地区得到发展,带来了更大的好处。在风能是世界上最先进的研究之一,中国风能资源丰富,风力发电建设成本相对较低的环境中,中国风力发电产业发展迅速。尤其是中国内地部分地区土地资源丰富,风力资源丰富,风力发电产业基地建设良好,为风力发电产业的发展奠定了良好基础。为了确保风力发电行业的可持续发展,有必要研究如何管理风力发电场,以确保风力发电机组在整个生命周期内的可靠运行,并增加风力发电量[1]

1.风力发电的技术原理与应用价值

风力发电机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。近年来,随着人们环保节能意识的不断深入,为了进一步提升风能的利用率,风力发电系统越发复杂,当前的风力发电机系统中除了风轮系统、发电机外,还有齿轮箱、控制系统、偏航系统和塔架等部分。具体来说,首先,在风力发电系统运转过程中,齿轮箱中齿轮的相互作用可以有效提升发电机的转速,在提升发电机工作效率的同时,保证了电力供应的稳定性。其次,在风电系统运转过程中,控制系统是保证系统整体稳定工作的关键系统,不仅能够对风电系统中的各个模块进行有效的管控,对风电系统并网、脱网状态进行控制,保证风力发电机能够保持电压频率的稳定性,还能对系统整体工作状态加以监控,一旦发现系统运转过程中出现问题,则及时发出警报信号,便于工作人员对故障进行排除[2]。再次,偏航系统在实际应用过程中,能够依据风电系统安装位置风力变化情况,对风轮的扫掠面进行控制,通过保证扫掠面与风向始终保持垂直状态的方式,进一步提升风力资源的利用效率。

2.风力发电自动化控制系统中应用智能化技术的优势

尽管该国风力发电迅速发展,但与其他新能源技术相比仍存在许多差距,如风能易受外部环境影响、不确定性,甚至在采用自动化控制系统的情况下,很难对各种情况作出迅速反应届时,它可以通过智能技术的应用得到有效的补偿,即智能技术可以通过先进的控制技术、算法、数据模型等实现有针对性的控制。可以根据具体情况调整风力发电自动控制系统的运行状态和运行方式。同时,风力自动控制系统与电网的运行密切相关,即电网的正常运行也取决于风力自动控制系统的效率和质量。但是,由于一些因素,不能迅速处理电力可能直接影响电网的电力传输。利用智能技术,能够实时监控风力发电自动控制系统的运行状况,及时发现故障区域,诊断故障类型,及时发出警报,帮助尽早解决安全问题,尽量减少对电网的影响。

3.智能化技术在风力发电自动化控制系统中的具体应用

3.1并网风力发电系统

在风电机组运转过程中,并网双馈系统中的传动模型可以将系统收集到的风能转化为电能,在风电机组不配备齿轮箱的情况下,可以借助直驱风电发电机使得风车叶片直接带动发电机的旋转,从而实现发电的功能,在直驱风电发电机的使用过程中,为进一步提升风电机组的轻便性,可以采用使用了永磁体技术的直驱式发电机组。现阶段,若风电机组在运转过程中,风能的大小没有达到预定的风速标准,那么可以利用变流器对发电机组加以管控,从而保证发电机组的输出功率能够满足额定输出功率的要求3]。在变流器工作时,第一,可以通过控制侧变流的方式,提升风力发电机组输出电流控制的稳定性。在此过程中,风电机组可以通过侧身变流器对电流转换方式加以调整,使电动势能大小、内部转子运动速度发生改变,从而降低功率大小变化对电流稳定性产生的影响。第二,可以通过控制网测电流的方式,实现风电机组系统内部变流器与电网系统之间的功率调整,从而降低风电输出功率在传入电网后,电网体系对风电功率进行进一步调整的必要性。

3.2实现最优参数的智能化控制

在新能源风力发电系统中,因受到干扰因素较多,因而新能源风力发电系统在线性化模型的设计控制器方面,需要实现最优化的参数,才能够实现精准性的操控。为此在自适应控制技术方面,未来将会实现最优参数的智能化控制。在最优参数的智能化控制方面,会根据新能源风力发电系统的风量、风速等调节控制变流器,通过控制变流器的输出实现对发电机的控制,然后利用传感器捕获额定风速风能,从而达到控制风力与发电机输出功率的目的。在相应的参数设计方面,通过对参数的相应调整,可以使新能源风力发电系统对相应参数建立数据库,根据数据库中存储的数据,对相应参数进行调整。随着人工智能技术的应用、信息技术的进步,可以根据新能源风力发电系统所面临的情况,模拟一些新能源风力发电系统的使用场景,在模拟测试的过程中,对变桨距系统、发电机运行、风力涡轮等参数进行分析,观察不同参数情况下变桨距系统、发电机、风力涡轮等是否会发生异常情况,对发生的异常情况进行记录,并再次调整进行模拟测试,直到找到最优参数位置[4]。考虑到外界风力发生的变化,需要将最优参数设置在一定的区间内,让最优参数能够在合理区间内进行微调,以适应风速的相应变化。

3.3智能感应技术的应用

在风电场中实现智能的关键在于如何利用智能技术,在风电场中使用智能传感器和无线感应装置等智能电子设备是当今最可行的方法。智能电子器件的主要功能是监控电网,避免因风特性引起的电网故障或不稳定等问题。这也是便利工作人员获取电网数据、支持整合电网信息和进一步提高发电效率的有效手段[5]。首先,我们要模拟风电场智能电网,通过建模模拟智能电网的运行过程,为真正的电网扩展到全市打下基础。在建模过程中,应注意风场监控,并考虑设备信息和风场参数。

3.4自适应控制计算能力

得益于微积分、专家诊断系统的引入,在未来自适应控制技术在计算能力方面将会大大增强。微积分与专家诊断系统所具备的强大逻辑分析、计算能力,能够对新能源风力发电系统的各方面运行情况进行分析,从而发现新能源风力发电系统中存在的一些问题,并进行实时调整,从而使新能源风力发电系统运行更加稳定。得益于自适应控制技术运行模型的建立,会对新能源风力发电系统的运行、故障等,建立起更加直观的分析模型,从而实现快速计算与分析。

4.结束语

简而言之,随着社会经济继续朝着多样化方向发展,为了更好地利用风能的优势和作用,有必要更加重视智能技术在风能自动控制系统中的应用,并适当认识到视觉控制技术,为了实现风力发电自动控制系统中智能技术的合理利用目标,实际辅助风力发电可以快速发展。

参考文献

[1]陆鹏.风力发电自动化控制系统中智能化技术的运用[J].幸福生活指南,2020(20):206.

[2]崔帅.风力发电自动化控制系统中智能化技术的运用[J].科技风,2020(27):9-10.

[3]颜宁宁.风力发电自动化控制系统中智能化技术的运用分析[J].市场周刊·理论版,2020(42):138.

[4]徐兴朝.信息化控制技术在风力发电控制系统中的应用[J].大众用电,2021,36(4):80-81.

[5]郝艳飞.电气工程自动化控制中智能化技术的应用[J].电力设备管理,2020(11):135-136.

作者介绍

王和昌(1982-),男,贵州凯里人,工程师,主要从事风力发电生产技术管理工作。