風力發電自動化控制系統中的智能化技術應用研究

趙金鑫

(中國船級社質量認證有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引 言

在風力發電期間，離不開對自動化控制系統的依賴，也是實現電網穩定運行的基礎和保障。然而，隨著經濟發展趨于多元化，社會對電力資源的需求量也在持續增加，風力發電自動化控制系統也需要積極做出轉變，才能更好的滿足生產需要和用戶需求。由此可見，將智能化技術應用于風力發電自動化控制系統中顯得尤為重要，如何在風力發電自動化控制系統中合理運用智能化技術也成為急需解決的問題。

1 風力發電自動化控制系統中應用智能化技術的優勢

盡管風力發電在我國已經得到的飛速發展，但是，相比其他新能源發電技術，還存在著許多短板，比如，風力發電易受外界環境影響，不確定因素比較多，即便是在擁有自動化控制系統的情況下，也難以做到及時應對各類情況，促使我國風力發電總量在進入持續增長的態勢下，再次出現下滑的情況(見表1)。此時，通過應用智能化技術便能夠予以有效彌補，也就是智能化技術能夠憑借先進的控制技術、算法、數據模型等進行針對性管控，可做到根據具體情況調整風力發電自動化控制系統的運行狀態、工作模式等。同時，風力發電自動化控制系統也與電網運行有著密切關系，即電網能否正常運行，也會依賴于風力發電自動化控制系統的工作效率和質量。只是，由于受到多種因素的影響，一旦無法予以快速處理，將會直接影響電網輸送電能。利用智能化技術，可以做到實時監測風力發電自動化控制系統的運行狀況，能夠及時發現故障區域、診斷故障類型，并進行快速預警，便于以最短時間解決安全問題，最大程度降低對電網的影響。

表1 2016-2021年5月我國風力發電量統計

2 風力發電自動化控制系統中應用智能化技術的相關策略

2.1 可視化控制技術

風力發電自動化控制系統是由多類設施組成，相關人員開展管理工作時，必須對這些設施進行操作，不僅對專業技能有著較高要求，工作量上也是只增不減，嚴重影響工作效率和質量。如果維護和管理人員的專業能力較低，極易引起風力發電自動化控制系統的新故障問題，甚至會威脅工作人員的生命安全。想要降低此類影響，可應用可視化控制技術來解決，具體內容為在生產風力發電自動化控制系統設施過程中，將設備的工作原理等與可視化編程技術、數據通信技術等相結合，形成能夠安裝于手機端的移動APP軟件，即風電可視對講系統(系統結構如圖1所示)，該技術能夠憑借良好的兼容性適配不同的手機操作系統。當工作人員在手機上安裝相關APP后，便能夠擁有良好的可視化操作環境，也就是只需在手機上操作可視化界面，便能夠對風力發電自動化控制系統的運行狀況進行管控，大幅增強便利性和風力發電自動化控制系統可靠性的同時，也顯著減少非必要的工作量[1]。

圖1 風電可視對講系統結構圖

2.2 系統數據整合

風力發電自動化控制系統運行時，需要通過數據傳輸系統來保證系統的穩定狀態，然而，相關人員在管理風力發電自動化控制系統時，數據傳輸并非只局限于系統的內部網絡，也存在獲取外部信息和向外部傳輸數據的情況，此時，可以利用智能化技術實現對系統數據的有效整合，為順利完成數據傳輸提供充足便利，例如，可以通過采用TCP/IP的標準化傳輸協議來保證擁有統一的數據傳輸條件，至于想要達到內、外部數據通信的目的，需要構建由網絡設備和綜合布線系統組成的傳輸系統(具體結構如圖2所示)，既可保證利用寬帶路由器、公共局域網實現在外部網絡服務環境下智能控制風力發電自動化控制系統，也能在風力發電自動化控制系統所在的內部網絡條件下訪問外部互聯網[2]。此時，無論工作人員在任何條件下，都能夠掌控風力發電自動化控制系統的運行情況，也能在必要時給予遠程管控。

圖2 標準協議下傳輸系統結構圖

2.3 加強技術管控

由于風力發電自動化控制系統極易遭受其他因素影響，所以，在進行實際管理過程中，為了能夠最大程度避免產生非必要問題，需要通過智能化技術對工作人員的操作環節進行有效管控，比如，工作人員在利用可視對講系統時，可結合智能化技術管控操作權限，防止產生誤操作行為，或因操作不當而導致多個機組故障甚至停止運行的情況，具體原理為工作人員在可視化對講系統上執行“開鎖鍵”功能時，智能化技術能夠將執行的權限信息經網絡交換機、傳輸協議轉換器以及網絡接口等發送至運營系統，再由運營系統將權限信息傳送至發電機組，此時工作人員便只能獲得對應發電機組的管理權限，這種不具備操作其他機組權限情況，自然無法出現干擾其他機組的行為，保證發電機組的可靠性。

2.4 機組控制技術

2.4.1 保障電力供應

機組控制技術作為智能化技術在風力發電自動化控制系統中應用的重要體現，能夠為實現風力發電提供充足保障，例如，風力發電系統的主要原理是先將風能轉化為機械能，再由機械能向電能轉化，最終經過并網后，作為可用于滿足用戶使用的電能。然而，風力發電存在較明顯的不穩定性，一旦環境中的風力產生變化，系統中的設備也必須進行調整，才能避免采用不合理的運行模式，避免產生加速設施磨損的問題，也能減少引發嚴重安全事故的概率。通過智能化技術，能夠根據不同情況及時調整風力發電自動化控制系統的運行，便于消除風力發電過程中的非必要資源投入，減少設施損耗，并能夠依照實際情況智能調整并網過程中的電能供應量，避免因電網波動過大而影響用戶的正常使用。

2.4.2 控制極端荷載

風力發電系統多處于比較惡劣的環境下，比如，高原、海上等，期間，頻繁的運行環境變化是比較常見的現象，也是極易引起風力發電設備故障的主要原因。盡管風電安全事故的影響力已經得到顯著廣泛關注，但是，該方面潛在的風險和危害仍然未能得到全面重視，導致風電安全事故依舊處于不容忽視的狀態，以海上風電事故為例，2017-2018年內，全球海上風電事故傷亡占比依舊比較高(具體如表2所示)。與此同時，在我國，類似事件也時有發生，例如，2021年7月25日，中廣核新能源海上風電項目中，一海上平臺“升平001”發生傾斜(如圖3所示)，事發中共涉及65人，其中安全轉移61人，4人失聯。由此可見，利用智能化技術控制極端荷載是必須予以重視的方面。對于此類問題，不僅要提高人員的安全意識，還應當利用智能化技術予以管控，比如，以風機極端荷載為基礎，創建控制模型，并結合模式識別算法，既能有效感知風機的運行工況變化，也能提前做出降載控制，避免因風機在低風速工況下長時間超負荷運行而影響使用壽命[3]。

表2 2017-2018年全球海上風電事故傷亡統計

圖3 中廣核新能源海上風電項目事故

3 結束語

綜上所述，隨著社會經濟朝著多元化的方向持續前行，為了能夠更好地發揮風力發電的優勢和作用， 必須要提高對風力發電自動化控制系統中應用智能化技術的重視，并能夠正確認知可視化控制技術、系統數據整合、加強技術管控、機組控制技術等內容，才能實現將智能化技術合理運用于風力發電自動化控制系統中的目的，真正助力風力發電能夠得到快速發展。