基于"互聯(lián)網(wǎng)+新能源"的智能風(fēng)電場探討

杜洋

（國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司，北京 100039）

智能控制、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)可以充分促進(jìn)風(fēng)電場運行效率、降低設(shè)備損耗以及提高發(fā)電功率，是未來風(fēng)電場主要發(fā)展趨勢。大數(shù)據(jù)可以充分分析整體數(shù)據(jù)，進(jìn)行發(fā)電操作時，可以借助大數(shù)據(jù)對氣候情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，同時借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開統(tǒng)一管控，在決策系統(tǒng)中具有重要地位。

一、智能風(fēng)電場構(gòu)架

（一）實現(xiàn)基礎(chǔ)

一般借助智能監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對風(fēng)電機(jī)組、控制器、SCADA 以及其他技術(shù)、裝備構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。把所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，構(gòu)建以風(fēng)電場為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、信息管理、機(jī)組控制等功能。

（二）主要功能

1.整場控制器。對機(jī)組無功進(jìn)行調(diào)用，低風(fēng)速狀態(tài)下將自身無功充分發(fā)揮出來。有功控制，結(jié)合電網(wǎng)分風(fēng)能資源與電網(wǎng)限功率等因素，對整場機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)，借助尾流、斜率、功率平衡等進(jìn)行控制，提高整場功率。2.智能監(jiān)測。振動監(jiān)測，對機(jī)組傳動鏈的風(fēng)險隱患進(jìn)行預(yù)警。基礎(chǔ)GPS監(jiān)測，對基礎(chǔ)沉降問題進(jìn)行監(jiān)測。雷擊監(jiān)測，對雷擊時間、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。3.大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。分析整場性能，可以為電場控制器對整場控制優(yōu)化提供保障。借助機(jī)組對比以及風(fēng)功率預(yù)測設(shè)備評估、修正風(fēng)速儀數(shù)據(jù)。分析偏航大數(shù)據(jù)，可以自動制定風(fēng)向儀的糾正角度以及偏航優(yōu)化方法。分析尾流對正常功率曲線的影響情況等。4.移動終端。通過手機(jī)設(shè)備實時顯示功率曲線、發(fā)電量、機(jī)組狀態(tài)、風(fēng)場信息、維護(hù)信息以及機(jī)組狀態(tài)等。

二、整場控制器

（一）無功控制

為保證電網(wǎng)用戶無功以及電壓調(diào)整需求，在電網(wǎng)中，一般規(guī)定風(fēng)電場應(yīng)該根據(jù)25%額定容量進(jìn)行無功補償設(shè)備的配備。現(xiàn)階段，風(fēng)電場主要通過SVG 設(shè)備保證電網(wǎng)需求得到滿足，兆瓦級機(jī)組雖然具備發(fā)無功的性能，然而由于電場并網(wǎng)點方面電壓難以得到有效調(diào)整，同時系統(tǒng)發(fā)生短路故障后機(jī)組無法支撐系統(tǒng)無功與電壓，所以機(jī)組都是在恒功率因數(shù)狀態(tài)下工作，導(dǎo)致其無功性能無法充分發(fā)揮。所以需要對機(jī)組無功功能進(jìn)行調(diào)用，可以保證電壓穩(wěn)定，進(jìn)而減少SVG 需求，控制其功效。

現(xiàn)階段一些風(fēng)電場廠區(qū)與線路抗阻比較大，同時機(jī)組分布不夠集中，所以借助并網(wǎng)點檢測電壓波動并向機(jī)組本地進(jìn)行傳輸，會造成不確定性與延時性。因此，要想保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，首先應(yīng)該確保高級機(jī)組電壓穩(wěn)定，升級主控系統(tǒng)，自律控制機(jī)組結(jié)合機(jī)端的電壓波動情況，可以對自身穩(wěn)定、無功電壓進(jìn)行智能協(xié)調(diào)。

（二）智能限電

1.電網(wǎng)企業(yè)會結(jié)合電網(wǎng)用電與發(fā)電等情況，臨時限制風(fēng)電場總功率。風(fēng)電場對相應(yīng)總功率展開平均處理，在規(guī)定功率下對風(fēng)電機(jī)組展開限制。通過變槳方法限制風(fēng)電機(jī)組功率，但是設(shè)計機(jī)組整機(jī)過程中，基本上不會對限電工況進(jìn)行考慮，即變槳系統(tǒng)主要運行于設(shè)計范圍之外。在某2MW 機(jī)組中，額定風(fēng)速設(shè)計為10m/s，基于三類風(fēng)況條件，變槳運行時間為21.7%壽命期限，但是限電才導(dǎo)致變槳比壽命周期大。在20 年內(nèi)，其電機(jī)扭矩的有效平均值在額定風(fēng)速周年出現(xiàn)較高點，主要是因為變槳啟停操作較為頻繁所導(dǎo)致，一般會在小風(fēng)狀態(tài)下將變槳啟動進(jìn)行限電，極易出現(xiàn)變槳頻繁進(jìn)行啟停的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致載荷增大，而RMS 載荷為變槳容量提供良好依據(jù)，基于限電工況，變槳系統(tǒng)的容量較小。2.結(jié)合變槳實際情況科學(xué)調(diào)整功率限制。實際運行中，因為季度布局情況以及工作時風(fēng)向，會出現(xiàn)機(jī)組在尾流中運行的情況，進(jìn)而使運行機(jī)組載荷增加。根據(jù)機(jī)組故障以及維修需求，對風(fēng)電場中體停機(jī)與發(fā)電機(jī)組進(jìn)行智能分配，合理確定限制運行，進(jìn)而充分降低變槳消耗，促使機(jī)組可利用率得到進(jìn)一步提升。

（三）整場協(xié)調(diào)控制

借助對各個風(fēng)電機(jī)組實際控制狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以有效保證出口電功率始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，可以將其看作是電網(wǎng)友好型風(fēng)電場。在突發(fā)暴風(fēng)情況下，機(jī)組能夠通過規(guī)律性、逐臺切除，確保整場不會發(fā)生突變問題，在風(fēng)速逐漸恢復(fù)發(fā)電范圍之后逐臺切入。

三、大數(shù)據(jù)平臺

分析整場性能，優(yōu)化機(jī)組主控與風(fēng)場控制器進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)整場控制的策略，例如，借助風(fēng)功率預(yù)測以及臨近風(fēng)對比等數(shù)據(jù)等能夠有效評估與修正風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)等數(shù)據(jù)。借助分析偏航大數(shù)據(jù)可以充分總結(jié)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向具體規(guī)律，對偏航策略進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，基于不同風(fēng)速條件合理確定誤差角。

分析機(jī)組故障，比如對比累計數(shù)據(jù)、對比臨近機(jī)組、分析振動與溫度等異常、突變數(shù)據(jù)，為機(jī)組維護(hù)與備件儲備等提供指導(dǎo)。分析故障處理時間與響應(yīng)時間，可以提出指導(dǎo)建議。通過風(fēng)功率的預(yù)測信息能夠為定檢工作提供指導(dǎo)，防止電量損失擴(kuò)大。功率曲線達(dá)標(biāo)的實時報警，對電場電量損失情況進(jìn)行定時統(tǒng)計，對損失原因進(jìn)行科學(xué)分類，進(jìn)而有針對性制定治理方案。對機(jī)組發(fā)電量效率、可利用率以及功率曲線進(jìn)行統(tǒng)計，氣象數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)空氣密度在風(fēng)速修正方面的計算，對報表形式以及極端公式進(jìn)行統(tǒng)一，促進(jìn)管理統(tǒng)一性。

四、結(jié)語

綜上所述，對于智能風(fēng)電場，在整體控制方面，主要涵蓋決策系統(tǒng)與控制器。控制系統(tǒng)通常借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，同時向不同控制系統(tǒng)中接入。決策系統(tǒng)一般是指在不同設(shè)備狀態(tài)與氣候條件下，制定可以控制設(shè)備損耗以及促進(jìn)工作效率的優(yōu)化策略。大數(shù)據(jù)可以分析出相應(yīng)優(yōu)化策略，借助控制系統(tǒng)展開實施，通過對兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以充分促進(jìn)機(jī)組運行效率，實現(xiàn)低成本、高效率運行。只有如此，才可以確保發(fā)電設(shè)備得到優(yōu)化控制。