試論大型風電發電機組控制中的電氣設計

范亮

摘要：風能作為一種清潔可再生能源，隨著近年來風能利用技術的不斷成熟，一些MW級大型風電發電機組也逐漸得到了推廣使用，在緩解地區用電壓力和創造經濟效益等方面發揮了顯著作用。但是也應當看到，這些大型風電發電機組系統結構復雜，要想確保系統協調運作和各項功能的實現，必須要進行多方面的電氣設計，從而實現風電發電的自動化和智能化。本文分別介紹了自動啟停、電機切換、偏航控制以及人機交互切換控制等方面的電氣設計要點。

關鍵詞：風電發電;軟并網技術;人機交互;遠程控制

一、大型風電發電機組運行控制功能設計

1、自動啟停設計

在風電發電機組自動啟停控制的設計上，根據控制形式的不同，可以分別提供三類不同形式的設計方案：第一種方案是在風電發電機組正常運行狀態下，由控制中心根據指令自動完成啟動、停機的控制;第二種方案是當風電發電機組出現局部故障時，需要管理人員根據故障所在位置，通過控制面板手動完成啟停操作，以便于維護人員在安全環境下完成故障診斷與修理;第三種方案是當風電發電機組出現嚴重故障時，需要立即執行停機操作以控制損失，這種情況下需要遠程控制，待完全停機后再進行下一步的處理。在進行啟停電氣設計時，自動啟停作為一種常規設計，而控制面板啟停設計和遠程監控啟停設計則作為一種應急設計，并且要在設計過程中賦予遠程監控啟停更高的優先級。

2、電機切換控制設計

在風電發電機組進行電機切換時，如果流經電機的電流，是從小電流逐漸切換至大電流，只要實際電流不超過額定電流，不會對電機造成損害影響;但是反之，是從大電流切換至小電流，就有可能因為電流沖擊影響，導致小電機因為瞬時電流過大，進而導致小電機中的線路、電氣元件受損。為了實現電機的安全、自動切換控制，在設計時就需要考慮在小電機的進線端，安裝若干個可控硅元件，具體數量可以根據最大、最小電流差值來確定，差值越大，需要提供的可控硅元件數量越多?？煽毓杩梢云鸬轿斩嘤嚯娏鞯男Ч?，保證了小電機的運行安全。同時，為了吸收可控硅換流時產生的過電壓以及電壓上升率，保護可控硅使用安全，必須在主電路中安裝瞬態抑制電路。瞬態抑制電路不僅抑制了可控硅的電壓上升率，還減少其的電流上升率。

3、軟并網技術

軟并網系統限流效果的實現需要借助大功率可控硅，如果直接進行發電機組的并網，就很容易出現非常大的沖擊電流，對電網和發電機都會產生較大的損害，還會對其他聯機網組產生影響。機組在并網或者電動啟動時，主控制系統可以通過指揮可控硅的運作來安全控制并網的全過程。同時，并網旁路中還應該通過可控硅控件來降低開關設備受到的電流沖擊，以有效保護整個開關設備。

二、偏航控制與解纜系統設計

1、自動偏航

在大型風電發電機組的電氣設計中，需要考慮到機組發生運行故障后的應急處理和安全保障工作，通過自動識別、控制故障，將故障帶來的損失降到最低。自動偏航與解纜系統設計就可以滿足這一方面的需求。風電發電機組的控制中心，會按照一定的頻率自動收集各個前端元件的運行參數，然后與數據庫中存儲的標準參數進行對比，如果對比結果不一致，即判定為“偏航”，系統會自動報警。當風電發電機組中同時出現多處偏航情況時，自動控制系統還會根據故障情況判定處理優先級。高優先級的會被優先處理。

2、自動解纜

自動解纜與偏航控制相輔相成，從解纜系統的結構上來看，主要分為兩大模塊，其中安全鏈保護模塊的作用是根據扭纜開關發送的指令，完成對目標電器元件的保護，例如將故障元件從風電發電機組的電路系統中隔離，避免對其他元件產生連鎖影響。在進行這一部分的電氣設計時，要預先設定電纜纏繞的閾值，如果反饋信號超出閾值范圍，則自動實現解纜，通過中斷電源的方式進行強制停機，直到人工排除故障后手動解纜，使整個風電發電機組重新投入運行。

三、人機交互式切換控制設計

體現風電發電機組自動化程度的重要指標之一就是人機交互式切換控制的實現，機組運行的各項參數值都可以通過MCGS組態軟件設計的操作界面被操作者操作和設計，進而通過工控機來對相關指令進行識別和接受，借助PLC控制系統通訊環節來實現遠程控制風電發電機組。此外，機組反饋回來的的運行參數及狀態和設定好的參數進行比較，以便于操作者及時準確的判斷出整個風電發電機組的運行狀態。

四、制動控制設計

根據制定控制形式的不同，可以將其分為自行保護設計和主控保護設計兩方面。自行保護控制主要位于風電發電機組的前端設備中，包括監控系統、傳感器系統、調速系統等，而主控保護控制則是對整個機組的運行情況進行整體控制。在進行該部分的設計時，為了保證制動控制指令能夠順利作用于機組系統中的各個功能單元，必須要提供至少2套的剎車設備，并且每一套設備都是相互獨立的，有獨立的通道接收制動控制中心發出的控制信號。即便是某一套設備出現故障，也能夠自動切換到另一條線路或設備，保證制動控制動作的順利完成。

五、遠程控制設計

在MW級大型風電發電機組中，依靠人工完成電氣管理難度大、成本高，但是電氣控制系統運行不穩定，需要通過遠程控制設計，實現對控制系統各項功能實施情況的動態監控。遠程監控信息會在總控制室的設備屏幕上直觀的表現出來，以便于控制人員隨時了解不同控制系統的運行情況。遠程控制系統出了能夠顯示信息外，還可以將終端控制指令，同步的傳達到風電發電機組的各個前端功能單元，完成相應的控制動作。前端傳感器還會將控制反饋信息，按照原線路重新反饋給控制人員，實現了閉環電氣控制。

結語：大型風電發電機組正得到越來越廣泛的應用，但是由于機組所處運行環境相對惡劣，運行一段時間后系統發生故障的概率也會相應增加。通過開展電氣設計，可以實現對發電機組各項運行工況的監控，保證了各項功能的實現，提供更加穩定和充足的電力能源。

參考文獻：

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