智能化技術在風力發電自動化控制系統中的應用

曲文浩

深能南京能源控股有限公司，江蘇 南京 210000

0 引言

當前，很多國家為了避免不可再生資源短缺對國家發展的限制，大力推廣和開發新能源技術。風能、太陽能、氫能和核能這些新能源都具有對生態友好的特點，其中，風能以其更加突出的優點在我國很多地區都得到了開發。風力發電在我國的研究水平處于世界前列，我國風能資源豐富且風電站建設成本較低，在這樣優良的環境中，風能產業在我國獲得了極快的發展[1]。特別是在我國內陸部分地區，地廣人稀且風能資源儲量豐富，建設了大型的風電產業基地，這些都為風電事業的發展打下了良好的基礎。為了保證風電產業得以實現可持續發展，需要就如何管理強風電場等方面展開研究，從而實現風電機組在全壽命周期內的可靠運行，提升風電場發電量。

1 智能化技術概述

智能化技術是世界高新技術的發展方向之一，同時對企業的生產和經營活動非常重要，若利用得當，會對企業經濟效益的提高發揮巨大的作用。風電產業引進智能化技術，為實現管理智能化和控制的自動化提供了基礎，不僅有利于企業的經濟效益的提升，還可以減少人力成本，從而為風電產業在我國的推廣提供技術支持。現今，智能化技術的類別主要分為以下幾種。

（1）神經網絡控制技術。比較適合復雜的數據處理，主要用于綜合處理和儲存各類不夠集中的數據。另外，當某些個體數據丟失后，不會因此而導致運行系統崩潰或者無法使用。

（2）專家系統控制。在多領域集成智能系統的組織、決策、調節過程中，專家系統控制能夠有效解決不確定的模糊知識信息輸入錯誤、非結構化問題等。但是，該技術存在一定的局限性，若給予的信息不夠精準，則難以模仿到位，從而無法解決問題。

（3）集成智能控制技術。該技術是從傳統的集成技術向著更先進的方向轉變，將集成智能技術與深度模擬技術相結合，對模糊數據進行有效的收集和處理，從而實現自動化的控制和調整，提升了集成技術的先進性，也為自動化技術在整體結構的兼容性提供了幫助[2]。

2 智能化技術在風力發電中應用的必要性、可行性及優勢

2.1 應用智能化技術的必要性

我國風電發展已然形成體系，但是由于風電的特點，若采用風電并網，則會對電網的穩定性和安全性產生不利影響。加強風電場的信息化建設，在風電場自動化控制系統中應用智能化技術，有利于實現電網安全的風電場控制模式。

2.2 應用智能化技術的可行性

現今，我國電網建設已經實現了數字化和自動化，在此基礎上加入智能化技術是符合風電產業發展方向的。同時，為了響應國家號召，重視節能和環保工作，必然要發展清潔能源產業，而風電產業的發展必然要向著效率高的方向發展，因此結合智能化技術是必然的，也是可行的。

2.3 應用智能化技術的優勢

（1）在風電自動化控制系統中加入其他輔助功能，如影像數據分析功能，這樣可以實現對數據的精準采集和分析，從而實時監督風電情況，避免故障發生后一直得不到維修。

（2）隨著人們生活水平的提升，對服務的要求越來越高，而智能化技術可以實現為用戶定制服務的要求。將智能化技術和大數據技術應用在風電產業中，可以獲得從發電到用電過程的所有數據，從而根據數據分析獲得服務內容的基本框架，為之后業務的開發提供數據支持[3]。

（3）智能化技術可以應用在網絡平臺中，管理人員通過大數據技術分析各類用電數據和電網的數據信息，可以為維護電網的正常運行和提高服務水平提供支持[4]。

3 智能化技術在風力發電自動化控制系統中的具體應用

3.1 可視對講技術的應用

智能化技術的應用范圍廣泛且具有巨大的現實意義。在電力企業對客服務中可以加入可視對講服務，促進風電自控系統和智能化技術的融合。生產該系統的廠家也可以將重點放在這類設備的研發中，僅需將管理端App安裝在擁有Andriod系統的可視對講用戶終端上即可。若實現該過程，不僅可以極大地便利發電系統管理人員進行風電設備管理，還可以提高管理人員操作系統的效率，節約人力成本[5]。

3.2 智能感應技術的應用

風電場實現智能化的關鍵在于如何運用智能化技術，將智能感應和無線感應裝置等智能化的電子設備用于風電場中是目前最為可行的手段。智能電子設備的主要功能在于監測電網，避免出現故障或者風力自身特性導致的電網不穩定等問題。這也是方便工作人員了解電網各項數據的有力支撐，為整合電網信息并進一步提升發電效率等提供支持。首先要針對風電場智能化電網進行仿真模擬，通過建模來模擬智能電網的運行過程，進而為應用在規模擴大到整個市區的真實電網打好基礎。在建模過程中，要重視對風電場的監測，且監測要兼顧風電場的設備信息和各項參數。

3.3 極端載荷控制技術的應用

風電機組一般處于風能豐富的地方，這些地區一般環境非常惡劣，若遇到極端天氣，可能會影響風電設備的正常運轉。為了保證風電設備的安全性，需要采取動態調整策略及預先降載策略。基于風機模型的極端載荷工況控制技術，利用模式識別算法，可以達到預知危險的目的，使得風機能夠提前執行載荷消減策略，平滑過渡極端載荷工況，避免風電機組在工作狀態下超速導致停止轉動，延長風機使用壽命。

3.4 主動尾流控制技術的應用

尾流導致的風能損失是目前風電項目急需解決的問題。為了減少發電量損失，需要進一步研究風電發電過程中的各項參數，深入學習風電相關的知識，進而在模擬風電發電情況后優化風電場配置。主動尾流控制技術的應用，使得后位風機因尾流減小帶來的發電量增加大于前位風機主動降低尾流帶來的發電量損失，最終提高風電發電效率，改善我國供電不足的情況。

3.5 無人機技術的應用

無人機技術的應用范圍非常廣泛，常用于風機智能巡檢中。因為無人機具有防風、續航時間長且體積較小的特點，在操作員的控制下可以精準拍攝和檢查風電機組。無人機可以將資料傳遞給地面接收系統，在人工檢查資料的過程中可以分析風電機組是否發生故障并判斷故障位置。無人機智能巡檢可以有效減少人工成本，提高巡檢效率，具有極高的應用價值。

3.6 AR技術在智能巡檢中的應用

AR技術是增強現實技術的一種。風機巡檢人員利用該技術配合智能化系統可以精準識別巡檢或故障位置，具有極高的應用價值。巡檢流程如圖1所示。

圖1 巡檢流程圖

由圖1可知，利用增強現實SDK和計算機視覺SDK可以將巡檢模型和實際風電機組情況進行有效對接，從而將巡檢所獲取的信息參數和構建的模型進行對比和分析，可以更好地定位故障，判定風電機組設備是否處于正常運行狀態。巡檢所得的資料參數最終會儲存在以AR技術為核心的智能眼鏡中。另外，若風電設備存在故障，按正常維修方式維修和養護即可。

4 結束語

綜上所述，風力發電自動化控制系統日常主要工作在于對發電機組進行維護和檢修，這些工作主要依據風電設備的自動化檢測和智能控制，將智能化技術和風電自控技術進行融合，有助于解決其中的管理問題，促進我國風電事業的發展，保證供電不受阻礙。特別是在資源日益短缺的今天，加快風電的開發速度，加強智能化技術的融合具有深遠的意義。