试论大型风电发电机组控制中的电气设计

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　　摘要：风能作为一种清洁可再生能源，随着近年来风能利用技术的不断成熟，一些MW级大型风电发电机组也逐渐得到了推广使用，在緩解地区用电压力和创造经济效益等方面发挥了显著作用。但是也应当看到，这些大型风电发电机组系统结构复杂，要想确保系统协调运作和各项功能的实现，必须要进行多方面的电气设计，从而实现风电发电的自动化和智能化。本文分别介绍了自动启停、电机切换、偏航控制以及人机交互切换控制等方面的电气设计要点。
　　关键词：风电发电;软并网技术;人机交互;远程控制
　　一、大型风电发电机组运行控制功能设计
　　1、自动启停设计
　　在风电发电机组自动启停控制的设计上，根据控制形式的不同，可以分别提供三类不同形式的设计方案：第一种方案是在风电发电机组正常运行状态下，由控制中心根据指令自动完成启动、停机的控制;第二种方案是当风电发电机组出现局部故障时，需要管理人员根据故障所在位置，通过控制面板手动完成启停操作，以便于维护人员在安全环境下完成故障诊断与修理;第三种方案是当风电发电机组出现严重故障时，需要立即执行停机操作以控制损失，这种情况下需要远程控制，待完全停机后再进行下一步的处理。在进行启停电气设计时，自动启停作为一种常规设计，而控制面板启停设计和远程监控启停设计则作为一种应急设计，并且要在设计过程中赋予远程监控启停更高的优先级。
　　2、电机切换控制设计
　　在风电发电机组进行电机切换时，如果流经电机的电流，是从小电流逐渐切换至大电流，只要实际电流不超过额定电流，不会对电机造成损害影响;但是反之，是从大电流切换至小电流，就有可能因为电流冲击影响，导致小电机因为瞬时电流过大，进而导致小电机中的线路、电气元件受损。为了实现电机的安全、自动切换控制，在设计时就需要考虑在小电机的进线端，安装若干个可控硅元件，具体数量可以根据最大、最小电流差值来确定，差值越大，需要提供的可控硅元件数量越多。可控硅可以起到吸收多余电流的效果，保证了小电机的运行安全。同时，为了吸收可控硅换流时产生的过电压以及电压上升率，保护可控硅使用安全，必须在主电路中安装瞬态抑制电路。瞬态抑制电路不仅抑制了可控硅的电压上升率，还减少其的电流上升率。
　　3、软并网技术
　　软并网系统限流效果的实现需要借助大功率可控硅，如果直接进行发电机组的并网，就很容易出现非常大的冲击电流，对电网和发电机都会产生较大的损害，还会对其他联机网组产生影响。机组在并网或者电动启动时，主控制系统可以通过指挥可控硅的运作来安全控制并网的全过程。同时，并网旁路中还应该通过可控硅控件来降低开关设备受到的电流冲击，以有效保护整个开关设备。
　　二、偏航控制与解缆系统设计
　　1、自动偏航
　　 在大型风电发电机组的电气设计中，需要考虑到机组发生运行故障后的应急处理和安全保障工作，通过自动识别、控制故障，将故障带来的损失降到最低。自动偏航与解缆系统设计就可以满足这一方面的需求。风电发电机组的控制中心，会按照一定的频率自动收集各个前端元件的运行参数，然后与数据库中存储的标准参数进行对比，如果对比结果不一致，即判定为“偏航”，系统会自动报警。当风电发电机组中同时出现多处偏航情况时，自动控制系统还会根据故障情况判定处理优先级。高优先级的会被优先处理。
　　2、自动解缆
　　自动解缆与偏航控制相辅相成，从解缆系统的结构上来看，主要分为两大模块，其中安全链保护模块的作用是根据扭缆开关发送的指令，完成对目标电器元件的保护，例如将故障元件从风电发电机组的电路系统中隔离，避免对其他元件产生连锁影响。在进行这一部分的电气设计时，要预先设定电缆缠绕的阈值，如果反馈信号超出阈值范围，则自动实现解缆，通过中断电源的方式进行强制停机，直到人工排除故障后手动解缆，使整个风电发电机组重新投入运行。
　　三、人机交互式切换控制设计
　　体现风电发电机组自动化程度的重要指标之一就是人机交互式切换控制的实现，机组运行的各项参数值都可以通过MCGS组态软件设计的操作界面被操作者操作和设计，进而通过工控机来对相关指令进行识别和接受，借助PLC控制系统通讯环节来实现远程控制风电发电机组。此外，机组反馈回来的的运行参数及状态和设定好的参数进行比较，以便于操作者及时准确的判断出整个风电发电机组的运行状态。
　　四、制动控制设计
　　根据制定控制形式的不同，可以将其分为自行保护设计和主控保护设计两方面。自行保护控制主要位于风电发电机组的前端设备中，包括监控系统、传感器系统、调速系统等，而主控保护控制则是对整个机组的运行情况进行整体控制。在进行该部分的设计时，为了保证制动控制指令能够顺利作用于机组系统中的各个功能单元，必须要提供至少2套的刹车设备，并且每一套设备都是相互独立的，有独立的通道接收制动控制中心发出的控制信号。即便是某一套设备出现故障，也能够自动切换到另一条线路或设备，保证制动控制动作的顺利完成。
　　五、远程控制设计
　　 在MW级大型风电发电机组中，依靠人工完成电气管理难度大、成本高，但是电气控制系统运行不稳定，需要通过远程控制设计，实现对控制系统各项功能实施情况的动态监控。远程监控信息会在总控制室的设备屏幕上直观的表现出来，以便于控制人员随时了解不同控制系统的运行情况。远程控制系统出了能够显示信息外，还可以将终端控制指令，同步的传达到风电发电机组的各个前端功能单元，完成相应的控制动作。前端传感器还会将控制反馈信息，按照原线路重新反馈给控制人员，实现了闭环电气控制。
　　结语：大型风电发电机组正得到越来越广泛的应用，但是由于机组所处运行环境相对恶劣，运行一段时间后系统发生故障的概率也会相应增加。通过开展电气设计，可以实现对发电机组各项运行工况的监控，保证了各项功能的实现，提供更加稳定和充足的电力能源。
　　参考文献：
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