风电厂生产过程节能控制研究

摘 要：随着我国经济技术的不断提高，风电厂生产产业规模不断扩大，并且数量也大幅度增加。传统的火电厂发电形式具有一定的缺陷，火电厂资源配置不合理，从而使得能源矛盾日益凸显。在这种情况下，采用风力发电的形式可以很好地解决能源矛盾问题，提高资源的利用率。风能是可再生能源，同时也属于清洁能源。通过风能发电不仅可以减少能源的消耗，同时也会减少发电过程对环境的污染。因此，进行有关风电厂生产过程的研究十分必要。本文将结合风电厂生产过程的实际情况，分析和研究风电厂节能控制的相关技术，希望对以后的相关研究能有所帮助。

关键词：风电厂；节能；随机分布控制；控制系统

在我国改革开放以来，经济技术发展迅猛，人们对电力的需求不断提高，风电厂的发展日益成熟。能源在我国的经济发展中占有重要的地位，随着经济发展对能源需求的不断增加，我国的能源资源不断减少，由于能源的不可再生性，使得我国经济社会在发展的过程中，应当注重能源节能环保的研究。我国社会用电需求量较大，在发电的过程中不可避免地会存在能源浪费的现象。因此，必须要加强对风电厂生产过程中节能工作的重视，合理配置资源，提高资源的利用率。

1 风电厂生产过程节能控制研究背景

1.1 风电厂生产过程简述

风电厂在生产的过程中，风力发电的原理是比较简单的。在风力发电的过程中需要使用到风力发电机，空气切入到风轮叶片中会产生风压，然后会产生阻力或者是升力。在这两种力的作用下，风机的叶片就好旋转起来，从而带动发电机产生电能。在生产过程中，还有一些其他的辅助生产系统，这些系统之间互相协调工作，相互配合，使得风电厂生产过程更加节能环保，资源利用更加合理完善。

1.2 风电厂生产过程节能控制的意义

节能在风电厂生产过程中的运用，使得风电厂在生产过程中，资源配置合理化，提高能源的利用效率。国家对风电厂工厂结构的不断优化，使得风电场在我国的发展过程中占有重要的地位，不断推动我国经济的发展，增强我国的经济综合国力，提升我国在世界经济中的竞争力。我国目前不断推动可持续发展战略，风电厂在实行节能环保的控制系统过程中，使得风电厂在我国的发展中占据了重要的战略地位。

2 风力技术发展的现状

近年来，随着相关技术的不断发展，风力发电的技术水平有了很大的进步。现在，风力发电在整个发电行业中所占的比例不断增加，发电规模不断扩大。现在，风力发电正逐渐向商业化方向发展。但就目前的情况来说，相比于火力发电，风力发电需要投入较大的成本。但在日常使用的过程中只需要较少的运营费和维修管理费。而且，如果是采用海风发电，风速是比较快的，在发电的过程中具有很好的稳定性。总体来说，风力发电在我国具有很好的发展前景。虽然，风力发电具有众多的优点，但在实际应用的过程中也存在一些问题。第一，风力发电主要依靠的是风能，因此对地理环境有较高的要求。在我国只有东南沿海地区和西北地区的风力是比较强的，在这些地区风力发电的技术也是比较成熟的。但随着风力发电厂的不断增加，会出现电能过剩的问题；第二，目前，我国的风力发电产业链还不完善。虽然，我国风力发电方面的技术有了很大的进步，但在一些核心部件的研发上却是比较落后的。在风力发电的过程中也没有形成系统化的管理体系，这不仅影响了风电厂的进一步发展，同时也造成了较大的能源浪费。

3 风力发电常用的并网方式

风电厂采用的发电形式主要有三种。第一种是独立运行，该种发电形式产生的电能比较少，在小型风电厂中会采用该种发电形式；第二种是组合发电，即将风力发电和其它的发电形式组合在一起使用；第三种是风力并网发电。该种发电方式的单机容量比较大，具有很好的发展前景，本文主要介绍的就是风力并网发电形式。

风力并网方式还可以细分成不同的类型，下文将对此进行详细地介绍。第一种是直接并网。采用该种类型的并网方式对发电机有要求，要求发电机和电网程序必须是一致的。当异步发电机的转速满足一定的标准以后，测速设备就会发出自动并网信号。接收到信号以后，空气开关就会合闸；第二种是降压并网方式。在该种模式下，发电机要和电阻、变压器等串联在一起。这样就可以有效降低并网运行时对电流的冲击；第三种是双馈异步发电机组并网。在该种模式下，需要使用到变频器，通过变频器可以输出交流励磁。将发电机和电网连接在一起以后，需要通过控制发电机的转速来调节励磁电流。除了上述介绍的几种方式以外，还有同步发电机并网等。

4 风力发电节能技术设计

4.1 系统总体设计

风能属于清洁能源，本身不具有污染性。而且，风能还属于可再生能源，在自然界中就可以获得。但在利用风能的过程中也存在一些问题，其中最主要的一个问题就是风能不稳定。在风力发电的过程中，必须要使用无功补偿控制技术，这样就可以减少风力发电过程中风能的损耗。下文将以上海长兴岛风电场中的W2000N-93-80并网型风力发电机组为例进行介绍。在该发电机组中有无功补偿控制系统。在进行功率测量时可以采用两种方法，一种是有功功率，另一种是无功功率。同时还应使用傅里叶算法，这种算法虽然工作量比较大，但却可以提高投切的精度，提高无功补偿的效果。在进行发电生产过程中还应采用合理的控制手段，在判断是否投切电容器时应参照电压值。

4.2 功率测量原理

W2000N-93-80并网型风力发电机组无功补偿控制系统在计算时使用的是傅里叶变换，在计算出基波电压等数值以后还可以计算出交流电压和电流，然后还可以利用交流电压和电流值计算电压和电流的有效值。在进行三相三线电网计算时可以适当减少测量和计算环节。

4.3 控制电路设计

W2000N-93-80并网型风力发电机组无功补偿控制系统中有完整的控制电路，其中主要包括信号调理电路、DSP电路、投切控制电路等。在控制系统运行的过程中，检测到的电流和电压在进行信号调理以后会变成数字量。DSP会接收这些数字量，并对其进行数据处理，这样就可以对系统无功变化的过程进行实时监控。在进行软件设计时要采用模块化的设计方法，这样是为了便于以后进行程序扩充和管理。

5 风力发电节能技术的运用与完善

虽然，风力发电技术越来越成熟。但在风力发电的过程中仍是存在较大的能源消耗，这不符合我国所提倡的节能环保理念。因此，在风电厂生产过程中必须要做好节能控制工作。就目前的情况来看，风电厂节能控制工作应从下述的几方面入手。

第一，要加快风力发电技术的研发速度。必须要改变风力发电的现状，在风电厂生产过程中应通过调节功率进行发电。这样就可以大大提高发电的效率。

第二，在风电厂生产过程中还应做好风电设备管理工作，避免风机在使用的过程中出现损坏，延长风机的使用寿命。

第三，改造风机，提高风机的质量。在风力发电的过程中，风机具有重要的作用。因此，应从风机入手，对其进行改造。在改造的过程中可以采用结构动力学的相关原理。改造风机不仅可以提升风机的质量，延长其使用寿命。同时还可以有效降低成本，减少能耗，提高风力发电的稳定性。

除了上述介绍的几种方法以外，国家应从宏观方面入手，对风电厂生产过程进行控制，减少能源消耗。

第一，国家应加大对可再生能源的管理。一方面，国家应出台相关的政策，为可再生能源的使用提供政策支持。另一方面，国家应加大对可再生能源的宣传力度，让人们真正认识到可再生能源的作用。

第二，应加快风力发电商业化的速度。将风力发电技术商业化主要有两点益处，一方面可以通过市场竞争的方式促进风力发电技术的发展，通过技术创新实现风力发电节能的目标。另一方面，可以减少风电厂单机运行的成本，大大提高风力发电的效率。

6 总结

随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对能源的需求逐渐增大，目前我国积极贯彻可持续发展理念，因此在清洁能源的开发方面给予了足够的重视。风能作为一项较常见的清洁能源在过热蒸汽温度控制系统中仍然存在着一系列的问题，未来我们将在风能的开发方面继续提高技术水平，减少风电场的能源消耗并提高发电效率，积极贯彻可持续发展理念，使风能普及到千家万户减轻非清洁能源对环境造成的伤害。未来风电场将会在节能控制、提高能源利用率、和节能环保等方面做出进一步的突破，将清洁能源纳入能源的发现目标，为环境维护贡献一份力量。

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作者简介：

胡丙金（1975-），男，汉族，内蒙古通辽人，工程师，本科学历，电厂热能与动力工程专业，研究方向：节能环保绿色能源。