风力发电自动化控制系统中的智能化技术应用研究

赵金鑫

(中国船级社质量认证有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引 言

在风力发电期间，离不开对自动化控制系统的依赖，也是实现电网稳定运行的基础和保障。然而，随着经济发展趋于多元化，社会对电力资源的需求量也在持续增加，风力发电自动化控制系统也需要积极做出转变，才能更好的满足生产需要和用户需求。由此可见，将智能化技术应用于风力发电自动化控制系统中显得尤为重要，如何在风力发电自动化控制系统中合理运用智能化技术也成为急需解决的问题。

1 风力发电自动化控制系统中应用智能化技术的优势

尽管风力发电在我国已经得到的飞速发展，但是，相比其他新能源发电技术，还存在着许多短板，比如，风力发电易受外界环境影响，不确定因素比较多，即便是在拥有自动化控制系统的情况下，也难以做到及时应对各类情况，促使我国风力发电总量在进入持续增长的态势下，再次出现下滑的情况(见表1)。此时，通过应用智能化技术便能够予以有效弥补，也就是智能化技术能够凭借先进的控制技术、算法、数据模型等进行针对性管控，可做到根据具体情况调整风力发电自动化控制系统的运行状态、工作模式等。同时，风力发电自动化控制系统也与电网运行有着密切关系，即电网能否正常运行，也会依赖于风力发电自动化控制系统的工作效率和质量。只是，由于受到多种因素的影响，一旦无法予以快速处理，将会直接影响电网输送电能。利用智能化技术，可以做到实时监测风力发电自动化控制系统的运行状况，能够及时发现故障区域、诊断故障类型，并进行快速预警，便于以最短时间解决安全问题，最大程度降低对电网的影响。

表1 2016-2021年5月我国风力发电量统计

2 风力发电自动化控制系统中应用智能化技术的相关策略

2.1 可视化控制技术

风力发电自动化控制系统是由多类设施组成，相关人员开展管理工作时，必须对这些设施进行操作，不仅对专业技能有着较高要求，工作量上也是只增不减，严重影响工作效率和质量。如果维护和管理人员的专业能力较低，极易引起风力发电自动化控制系统的新故障问题，甚至会威胁工作人员的生命安全。想要降低此类影响，可应用可视化控制技术来解决，具体内容为在生产风力发电自动化控制系统设施过程中，将设备的工作原理等与可视化编程技术、数据通信技术等相结合，形成能够安装于手机端的移动APP软件，即风电可视对讲系统(系统结构如图1所示)，该技术能够凭借良好的兼容性适配不同的手机操作系统。当工作人员在手机上安装相关APP后，便能够拥有良好的可视化操作环境，也就是只需在手机上操作可视化界面，便能够对风力发电自动化控制系统的运行状况进行管控，大幅增强便利性和风力发电自动化控制系统可靠性的同时，也显著减少非必要的工作量[1]。

图1 风电可视对讲系统结构图

2.2 系统数据整合

风力发电自动化控制系统运行时，需要通过数据传输系统来保证系统的稳定状态，然而，相关人员在管理风力发电自动化控制系统时，数据传输并非只局限于系统的内部网络，也存在获取外部信息和向外部传输数据的情况，此时，可以利用智能化技术实现对系统数据的有效整合，为顺利完成数据传输提供充足便利，例如，可以通过采用TCP/IP的标准化传输协议来保证拥有统一的数据传输条件，至于想要达到内、外部数据通信的目的，需要构建由网络设备和综合布线系统组成的传输系统(具体结构如图2所示)，既可保证利用宽带路由器、公共局域网实现在外部网络服务环境下智能控制风力发电自动化控制系统，也能在风力发电自动化控制系统所在的内部网络条件下访问外部互联网[2]。此时，无论工作人员在任何条件下，都能够掌控风力发电自动化控制系统的运行情况，也能在必要时给予远程管控。

图2 标准协议下传输系统结构图

2.3 加强技术管控

由于风力发电自动化控制系统极易遭受其他因素影响，所以，在进行实际管理过程中，为了能够最大程度避免产生非必要问题，需要通过智能化技术对工作人员的操作环节进行有效管控，比如，工作人员在利用可视对讲系统时，可结合智能化技术管控操作权限，防止产生误操作行为，或因操作不当而导致多个机组故障甚至停止运行的情况，具体原理为工作人员在可视化对讲系统上执行“开锁键”功能时，智能化技术能够将执行的权限信息经网络交换机、传输协议转换器以及网络接口等发送至运营系统，再由运营系统将权限信息传送至发电机组，此时工作人员便只能获得对应发电机组的管理权限，这种不具备操作其他机组权限情况，自然无法出现干扰其他机组的行为，保证发电机组的可靠性。

2.4 机组控制技术

2.4.1 保障电力供应

机组控制技术作为智能化技术在风力发电自动化控制系统中应用的重要体现，能够为实现风力发电提供充足保障，例如，风力发电系统的主要原理是先将风能转化为机械能，再由机械能向电能转化，最终经过并网后，作为可用于满足用户使用的电能。然而，风力发电存在较明显的不稳定性，一旦环境中的风力产生变化，系统中的设备也必须进行调整，才能避免采用不合理的运行模式，避免产生加速设施磨损的问题，也能减少引发严重安全事故的概率。通过智能化技术，能够根据不同情况及时调整风力发电自动化控制系统的运行，便于消除风力发电过程中的非必要资源投入，减少设施损耗，并能够依照实际情况智能调整并网过程中的电能供应量，避免因电网波动过大而影响用户的正常使用。

2.4.2 控制极端荷载

风力发电系统多处于比较恶劣的环境下，比如，高原、海上等，期间，频繁的运行环境变化是比较常见的现象，也是极易引起风力发电设备故障的主要原因。尽管风电安全事故的影响力已经得到显著广泛关注，但是，该方面潜在的风险和危害仍然未能得到全面重视，导致风电安全事故依旧处于不容忽视的状态，以海上风电事故为例，2017-2018年内，全球海上风电事故伤亡占比依旧比较高(具体如表2所示)。与此同时，在我国，类似事件也时有发生，例如，2021年7月25日，中广核新能源海上风电项目中，一海上平台“升平001”发生倾斜(如图3所示)，事发中共涉及65人，其中安全转移61人，4人失联。由此可见，利用智能化技术控制极端荷载是必须予以重视的方面。对于此类问题，不仅要提高人员的安全意识，还应当利用智能化技术予以管控，比如，以风机极端荷载为基础，创建控制模型，并结合模式识别算法，既能有效感知风机的运行工况变化，也能提前做出降载控制，避免因风机在低风速工况下长时间超负荷运行而影响使用寿命[3]。

表2 2017-2018年全球海上风电事故伤亡统计

图3 中广核新能源海上风电项目事故

3 结束语

综上所述，随着社会经济朝着多元化的方向持续前行，为了能够更好地发挥风力发电的优势和作用， 必须要提高对风力发电自动化控制系统中应用智能化技术的重视，并能够正确认知可视化控制技术、系统数据整合、加强技术管控、机组控制技术等内容，才能实现将智能化技术合理运用于风力发电自动化控制系统中的目的，真正助力风力发电能够得到快速发展。