基于"互聯(lián)網(wǎng)+新能源"的智能風(fēng)電場(chǎng)探討

杜洋

（國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京 100039）

智能控制、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)可以充分促進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行效率、降低設(shè)備損耗以及提高發(fā)電功率，是未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)主要發(fā)展趨勢(shì)。大數(shù)據(jù)可以充分分析整體數(shù)據(jù)，進(jìn)行發(fā)電操作時(shí)，可以借助大數(shù)據(jù)對(duì)氣候情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開統(tǒng)一管控，在決策系統(tǒng)中具有重要地位。

一、智能風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)架

（一）實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

一般借助智能監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組、控制器、SCADA 以及其他技術(shù)、裝備構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。把所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建以風(fēng)電場(chǎng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、信息管理、機(jī)組控制等功能。

（二）主要功能

1.整場(chǎng)控制器。對(duì)機(jī)組無(wú)功進(jìn)行調(diào)用，低風(fēng)速狀態(tài)下將自身無(wú)功充分發(fā)揮出來(lái)。有功控制，結(jié)合電網(wǎng)分風(fēng)能資源與電網(wǎng)限功率等因素，對(duì)整場(chǎng)機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)，借助尾流、斜率、功率平衡等進(jìn)行控制，提高整場(chǎng)功率。2.智能監(jiān)測(cè)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)組傳動(dòng)鏈的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行預(yù)警?；A(chǔ)GPS監(jiān)測(cè)，對(duì)基礎(chǔ)沉降問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)。雷擊監(jiān)測(cè)，對(duì)雷擊時(shí)間、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。3.大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。分析整場(chǎng)性能，可以為電場(chǎng)控制器對(duì)整場(chǎng)控制優(yōu)化提供保障。借助機(jī)組對(duì)比以及風(fēng)功率預(yù)測(cè)設(shè)備評(píng)估、修正風(fēng)速儀數(shù)據(jù)。分析偏航大數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)制定風(fēng)向儀的糾正角度以及偏航優(yōu)化方法。分析尾流對(duì)正常功率曲線的影響情況等。4.移動(dòng)終端。通過手機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)顯示功率曲線、發(fā)電量、機(jī)組狀態(tài)、風(fēng)場(chǎng)信息、維護(hù)信息以及機(jī)組狀態(tài)等。

二、整場(chǎng)控制器

（一）無(wú)功控制

為保證電網(wǎng)用戶無(wú)功以及電壓調(diào)整需求，在電網(wǎng)中，一般規(guī)定風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)該根據(jù)25%額定容量進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配備?，F(xiàn)階段，風(fēng)電場(chǎng)主要通過SVG 設(shè)備保證電網(wǎng)需求得到滿足，兆瓦級(jí)機(jī)組雖然具備發(fā)無(wú)功的性能，然而由于電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)方面電壓難以得到有效調(diào)整，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后機(jī)組無(wú)法支撐系統(tǒng)無(wú)功與電壓，所以機(jī)組都是在恒功率因數(shù)狀態(tài)下工作，導(dǎo)致其無(wú)功性能無(wú)法充分發(fā)揮。所以需要對(duì)機(jī)組無(wú)功功能進(jìn)行調(diào)用，可以保證電壓穩(wěn)定，進(jìn)而減少SVG 需求，控制其功效。

現(xiàn)階段一些風(fēng)電場(chǎng)廠區(qū)與線路抗阻比較大，同時(shí)機(jī)組分布不夠集中，所以借助并網(wǎng)點(diǎn)檢測(cè)電壓波動(dòng)并向機(jī)組本地進(jìn)行傳輸，會(huì)造成不確定性與延時(shí)性。因此，要想保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，首先應(yīng)該確保高級(jí)機(jī)組電壓穩(wěn)定，升級(jí)主控系統(tǒng)，自律控制機(jī)組結(jié)合機(jī)端的電壓波動(dòng)情況，可以對(duì)自身穩(wěn)定、無(wú)功電壓進(jìn)行智能協(xié)調(diào)。

（二）智能限電

1.電網(wǎng)企業(yè)會(huì)結(jié)合電網(wǎng)用電與發(fā)電等情況，臨時(shí)限制風(fēng)電場(chǎng)總功率。風(fēng)電場(chǎng)對(duì)相應(yīng)總功率展開平均處理，在規(guī)定功率下對(duì)風(fēng)電機(jī)組展開限制。通過變槳方法限制風(fēng)電機(jī)組功率，但是設(shè)計(jì)機(jī)組整機(jī)過程中，基本上不會(huì)對(duì)限電工況進(jìn)行考慮，即變槳系統(tǒng)主要運(yùn)行于設(shè)計(jì)范圍之外。在某2MW 機(jī)組中，額定風(fēng)速設(shè)計(jì)為10m/s，基于三類風(fēng)況條件，變槳運(yùn)行時(shí)間為21.7%壽命期限，但是限電才導(dǎo)致變槳比壽命周期大。在20 年內(nèi)，其電機(jī)扭矩的有效平均值在額定風(fēng)速周年出現(xiàn)較高點(diǎn)，主要是因?yàn)樽儤獑⑼２僮鬏^為頻繁所導(dǎo)致，一般會(huì)在小風(fēng)狀態(tài)下將變槳啟動(dòng)進(jìn)行限電，極易出現(xiàn)變槳頻繁進(jìn)行啟停的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致載荷增大，而RMS 載荷為變槳容量提供良好依據(jù)，基于限電工況，變槳系統(tǒng)的容量較小。2.結(jié)合變槳實(shí)際情況科學(xué)調(diào)整功率限制。實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)榧径炔季智闆r以及工作時(shí)風(fēng)向，會(huì)出現(xiàn)機(jī)組在尾流中運(yùn)行的情況，進(jìn)而使運(yùn)行機(jī)組載荷增加。根據(jù)機(jī)組故障以及維修需求，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中體停機(jī)與發(fā)電機(jī)組進(jìn)行智能分配，合理確定限制運(yùn)行，進(jìn)而充分降低變槳消耗，促使機(jī)組可利用率得到進(jìn)一步提升。

（三）整場(chǎng)協(xié)調(diào)控制

借助對(duì)各個(gè)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際控制狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以有效保證出口電功率始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，可以將其看作是電網(wǎng)友好型風(fēng)電場(chǎng)。在突發(fā)暴風(fēng)情況下，機(jī)組能夠通過規(guī)律性、逐臺(tái)切除，確保整場(chǎng)不會(huì)發(fā)生突變問題，在風(fēng)速逐漸恢復(fù)發(fā)電范圍之后逐臺(tái)切入。

三、大數(shù)據(jù)平臺(tái)

分析整場(chǎng)性能，優(yōu)化機(jī)組主控與風(fēng)場(chǎng)控制器進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)整場(chǎng)控制的策略，例如，借助風(fēng)功率預(yù)測(cè)以及臨近風(fēng)對(duì)比等數(shù)據(jù)等能夠有效評(píng)估與修正風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)等數(shù)據(jù)。借助分析偏航大數(shù)據(jù)可以充分總結(jié)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向具體規(guī)律，對(duì)偏航策略進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，基于不同風(fēng)速條件合理確定誤差角。

分析機(jī)組故障，比如對(duì)比累計(jì)數(shù)據(jù)、對(duì)比臨近機(jī)組、分析振動(dòng)與溫度等異常、突變數(shù)據(jù)，為機(jī)組維護(hù)與備件儲(chǔ)備等提供指導(dǎo)。分析故障處理時(shí)間與響應(yīng)時(shí)間，可以提出指導(dǎo)建議。通過風(fēng)功率的預(yù)測(cè)信息能夠?yàn)槎z工作提供指導(dǎo)，防止電量損失擴(kuò)大。功率曲線達(dá)標(biāo)的實(shí)時(shí)報(bào)警，對(duì)電場(chǎng)電量損失情況進(jìn)行定時(shí)統(tǒng)計(jì)，對(duì)損失原因進(jìn)行科學(xué)分類，進(jìn)而有針對(duì)性制定治理方案。對(duì)機(jī)組發(fā)電量效率、可利用率以及功率曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，氣象數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)空氣密度在風(fēng)速修正方面的計(jì)算，對(duì)報(bào)表形式以及極端公式進(jìn)行統(tǒng)一，促進(jìn)管理統(tǒng)一性。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于智能風(fēng)電場(chǎng)，在整體控制方面，主要涵蓋決策系統(tǒng)與控制器?？刂葡到y(tǒng)通常借助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，同時(shí)向不同控制系統(tǒng)中接入。決策系統(tǒng)一般是指在不同設(shè)備狀態(tài)與氣候條件下，制定可以控制設(shè)備損耗以及促進(jìn)工作效率的優(yōu)化策略。大數(shù)據(jù)可以分析出相應(yīng)優(yōu)化策略，借助控制系統(tǒng)展開實(shí)施，通過對(duì)兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以充分促進(jìn)機(jī)組運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率運(yùn)行。只有如此，才可以確保發(fā)電設(shè)備得到優(yōu)化控制。