風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能控制研究

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷提高，風(fēng)電廠生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且數(shù)量也大幅度增加。傳統(tǒng)的火電廠發(fā)電形式具有一定的缺陷，火電廠資源配置不合理，從而使得能源矛盾日益凸顯。在這種情況下，采用風(fēng)力發(fā)電的形式可以很好地解決能源矛盾問(wèn)題，提高資源的利用率。風(fēng)能是可再生能源，同時(shí)也屬于清潔能源。通過(guò)風(fēng)能發(fā)電不僅可以減少能源的消耗，同時(shí)也會(huì)減少發(fā)電過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染。因此，進(jìn)行有關(guān)風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程的研究十分必要。本文將結(jié)合風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況，分析和研究風(fēng)電廠節(jié)能控制的相關(guān)技術(shù)，希望對(duì)以后的相關(guān)研究能有所幫助。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電廠；節(jié)能；隨機(jī)分布控制；控制系統(tǒng)

在我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展迅猛，人們對(duì)電力的需求不斷提高，風(fēng)電廠的發(fā)展日益成熟。能源在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增加，我國(guó)的能源資源不斷減少，由于能源的不可再生性，使得我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)在發(fā)展的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重能源節(jié)能環(huán)保的研究。我國(guó)社會(huì)用電需求量較大，在發(fā)電的過(guò)程中不可避免地會(huì)存在能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)能工作的重視，合理配置資源，提高資源的利用率。

1 風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能控制研究背景

1.1 風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)述

風(fēng)電廠在生產(chǎn)的過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電的原理是比較簡(jiǎn)單的。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中需要使用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)，空氣切入到風(fēng)輪葉片中會(huì)產(chǎn)生風(fēng)壓，然后會(huì)產(chǎn)生阻力或者是升力。在這兩種力的作用下，風(fēng)機(jī)的葉片就好旋轉(zhuǎn)起來(lái)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。在生產(chǎn)過(guò)程中，還有一些其他的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間互相協(xié)調(diào)工作，相互配合，使得風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程更加節(jié)能環(huán)保，資源利用更加合理完善。

1.2 風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能控制的意義

節(jié)能在風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)用，使得風(fēng)電廠在生產(chǎn)過(guò)程中，資源配置合理化，提高能源的利用效率。國(guó)家對(duì)風(fēng)電廠工廠結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，使得風(fēng)電場(chǎng)在我國(guó)的發(fā)展過(guò)程中占有重要的地位，不斷推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)綜合國(guó)力，提升我國(guó)在世界經(jīng)濟(jì)中的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)目前不斷推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)電廠在實(shí)行節(jié)能環(huán)保的控制系統(tǒng)過(guò)程中，使得風(fēng)電廠在我國(guó)的發(fā)展中占據(jù)了重要的戰(zhàn)略地位。

2 風(fēng)力技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)水平有了很大的進(jìn)步。現(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)發(fā)電行業(yè)中所占的比例不斷增加，發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大。現(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電正逐漸向商業(yè)化方向發(fā)展。但就目前的情況來(lái)說(shuō)，相比于火力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電需要投入較大的成本。但在日常使用的過(guò)程中只需要較少的運(yùn)營(yíng)費(fèi)和維修管理費(fèi)。而且，如果是采用海風(fēng)發(fā)電，風(fēng)速是比較快的，在發(fā)電的過(guò)程中具有很好的穩(wěn)定性。總體來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)具有很好的發(fā)展前景。雖然，風(fēng)力發(fā)電具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。第一，風(fēng)力發(fā)電主要依靠的是風(fēng)能，因此對(duì)地理環(huán)境有較高的要求。在我國(guó)只有東南沿海地區(qū)和西北地區(qū)的風(fēng)力是比較強(qiáng)的，在這些地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)也是比較成熟的。但隨著風(fēng)力發(fā)電廠的不斷增加，會(huì)出現(xiàn)電能過(guò)剩的問(wèn)題；第二，目前，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈還不完善。雖然，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電方面的技術(shù)有了很大的進(jìn)步，但在一些核心部件的研發(fā)上卻是比較落后的。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中也沒(méi)有形成系統(tǒng)化的管理體系，這不僅影響了風(fēng)電廠的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也造成了較大的能源浪費(fèi)。

3 風(fēng)力發(fā)電常用的并網(wǎng)方式

風(fēng)電廠采用的發(fā)電形式主要有三種。第一種是獨(dú)立運(yùn)行，該種發(fā)電形式產(chǎn)生的電能比較少，在小型風(fēng)電廠中會(huì)采用該種發(fā)電形式；第二種是組合發(fā)電，即將風(fēng)力發(fā)電和其它的發(fā)電形式組合在一起使用；第三種是風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電。該種發(fā)電方式的單機(jī)容量比較大，具有很好的發(fā)展前景，本文主要介紹的就是風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電形式。

風(fēng)力并網(wǎng)方式還可以細(xì)分成不同的類型，下文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)地介紹。第一種是直接并網(wǎng)。采用該種類型的并網(wǎng)方式對(duì)發(fā)電機(jī)有要求，要求發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)程序必須是一致的。當(dāng)異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)以后，測(cè)速設(shè)備就會(huì)發(fā)出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)。接收到信號(hào)以后，空氣開(kāi)關(guān)就會(huì)合閘；第二種是降壓并網(wǎng)方式。在該種模式下，發(fā)電機(jī)要和電阻、變壓器等串聯(lián)在一起。這樣就可以有效降低并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)電流的沖擊；第三種是雙饋異步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)。在該種模式下，需要使用到變頻器，通過(guò)變頻器可以輸出交流勵(lì)磁。將發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)連接在一起以后，需要通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。除了上述介紹的幾種方式以外，還有同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)等。

4 風(fēng)力發(fā)電節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

風(fēng)能屬于清潔能源，本身不具有污染性。而且，風(fēng)能還屬于可再生能源，在自然界中就可以獲得。但在利用風(fēng)能的過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，其中最主要的一個(gè)問(wèn)題就是風(fēng)能不穩(wěn)定。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，必須要使用無(wú)功補(bǔ)償控制技術(shù)，這樣就可以減少風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中風(fēng)能的損耗。下文將以上海長(zhǎng)興島風(fēng)電場(chǎng)中的W2000N-93-80并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例進(jìn)行介紹。在該發(fā)電機(jī)組中有無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)。在進(jìn)行功率測(cè)量時(shí)可以采用兩種方法，一種是有功功率，另一種是無(wú)功功率。同時(shí)還應(yīng)使用傅里葉算法，這種算法雖然工作量比較大，但卻可以提高投切的精度，提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)男ЧＴ谶M(jìn)行發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中還應(yīng)采用合理的控制手段，在判斷是否投切電容器時(shí)應(yīng)參照電壓值。

4.2 功率測(cè)量原理

W2000N-93-80并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)使用的是傅里葉變換，在計(jì)算出基波電壓等數(shù)值以后還可以計(jì)算出交流電壓和電流，然后還可以利用交流電壓和電流值計(jì)算電壓和電流的有效值。在進(jìn)行三相三線電網(wǎng)計(jì)算時(shí)可以適當(dāng)減少測(cè)量和計(jì)算環(huán)節(jié)。

4.3 控制電路設(shè)計(jì)

W2000N-93-80并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)中有完整的控制電路，其中主要包括信號(hào)調(diào)理電路、DSP電路、投切控制電路等。在控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，檢測(cè)到的電流和電壓在進(jìn)行信號(hào)調(diào)理以后會(huì)變成數(shù)字量。DSP會(huì)接收這些數(shù)字量，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣就可以對(duì)系統(tǒng)無(wú)功變化的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)要采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，這樣是為了便于以后進(jìn)行程序擴(kuò)充和管理。

5 風(fēng)力發(fā)電節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用與完善

雖然，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)越來(lái)越成熟。但在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中仍是存在較大的能源消耗，這不符合我國(guó)所提倡的節(jié)能環(huán)保理念。因此，在風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程中必須要做好節(jié)能控制工作。就目前的情況來(lái)看，風(fēng)電廠節(jié)能控制工作應(yīng)從下述的幾方面入手。

第一，要加快風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)速度。必須要改變風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀，在風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)功率進(jìn)行發(fā)電。這樣就可以大大提高發(fā)電的效率。

第二，在風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程中還應(yīng)做好風(fēng)電設(shè)備管理工作，避免風(fēng)機(jī)在使用的過(guò)程中出現(xiàn)損壞，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。

第三，改造風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)機(jī)的質(zhì)量。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)具有重要的作用。因此，應(yīng)從風(fēng)機(jī)入手，對(duì)其進(jìn)行改造。在改造的過(guò)程中可以采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)原理。改造風(fēng)機(jī)不僅可以提升風(fēng)機(jī)的質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命。同時(shí)還可以有效降低成本，減少能耗，提高風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。

除了上述介紹的幾種方法以外，國(guó)家應(yīng)從宏觀方面入手，對(duì)風(fēng)電廠生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，減少能源消耗。

第一，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)可再生能源的管理。一方面，國(guó)家應(yīng)出臺(tái)相關(guān)的政策，為可再生能源的使用提供政策支持。另一方面，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)可再生能源的宣傳力度，讓人們真正認(rèn)識(shí)到可再生能源的作用。

第二，應(yīng)加快風(fēng)力發(fā)電商業(yè)化的速度。將風(fēng)力發(fā)電技術(shù)商業(yè)化主要有兩點(diǎn)益處，一方面可以通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電節(jié)能的目標(biāo)。另一方面，可以減少風(fēng)電廠單機(jī)運(yùn)行的成本，大大提高風(fēng)力發(fā)電的效率。

6 總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)能源的需求逐漸增大，目前我國(guó)積極貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，因此在清潔能源的開(kāi)發(fā)方面給予了足夠的重視。風(fēng)能作為一項(xiàng)較常見(jiàn)的清潔能源在過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中仍然存在著一系列的問(wèn)題，未來(lái)我們將在風(fēng)能的開(kāi)發(fā)方面繼續(xù)提高技術(shù)水平，減少風(fēng)電場(chǎng)的能源消耗并提高發(fā)電效率，積極貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，使風(fēng)能普及到千家萬(wàn)戶減輕非清潔能源對(duì)環(huán)境造成的傷害。未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)將會(huì)在節(jié)能控制、提高能源利用率、和節(jié)能環(huán)保等方面做出進(jìn)一步的突破，將清潔能源納入能源的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，為環(huán)境維護(hù)貢獻(xiàn)一份力量。

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作者簡(jiǎn)介：

胡丙金（1975-），男，漢族，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，本科學(xué)歷，電廠熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，研究方向：節(jié)能環(huán)保綠色能源。