(中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部 412000)
【摘要】随着国家社会经济水平的不断发展前进，促使人民群众对于环保意识方面逐渐增强，而现如今对于清洁能源的所需变得迫在眉睫，作为重要清洁资源的风能，不仅不会造成环境污染，并且还能够不断再生。近几年，风力发电基本处于高速发展阶段，然而发电成本问题以及风电发电机组实际工作效率还有待进一步的改善，促使国内的电力行业以及清洁能源持续发展下去。笔者对风电发电机组其控制系统结构进行简单的介绍，随后以多种角度对风电发电机组控制中的电气设计进行深入分析探讨，从而提升整体工作效率。
【关键词】电气设计；电气控制；大型风电发电机组；电气设计
引言
目前风电产业主要是通过利用大型的风电发电机组从而实现提升场地使用率的目的，同时合理使用大型风电发电机组可显著降低每项成本，其存在价值意义重大，与其它清洁能源相对比，风能的优势更为突出。伴随着电力资源需求量逐渐增大，使得其数量随之不断增加，可有效促使国内的风电企业持续高效发展下去[1]。然而，风能为一种天然的资源，将会受到风向以及风速等一系列外在因素所干扰，极难控制，再加上大多的大型风电发电机组所处的工作环境极为恶劣，这对工作效率造成一定的干扰，所以需要相关的风电企业将其大型风电发电机组控制中的电气设计进行妥当改善，以此来促使国内的电气行业能够长久持续发展下去[2]。
1 大型风电发电机组控制概述
该系统主要工作原理为经过借用现场所安装的多种模块，以此来真正意义上实现针对发电机组运行参数或是四周风况以及电网的整体运行状况等等进行监控，同时能与其他功能模块之间长久保持良好的通信。该系统经过全面分析实际情况，通过把所有类型的控制指令全部发出[3]。该系统的主控制器便是整个电控系统核心，通过借用不同种类的传感器针对电网、气象以及风电机组运行参数进行实时监控，随后从外发射出各种不同的控制指令，让整个机组能够完成变速控制、自动停机或启动、自动偏航控制以及自动监控运行故障等。
2 电气控制系统功能设计
2.1 风电机组可自动启停
此部分主要为以下三种启动方式为主，分别为：远程监控启动、自动启动以及控制面板启动。停机则以自动停机、安全停机以及紧急停机以上三种为主，倘若发生故障则会对机组造成极为致命的损害，将立即实行紧急停机，并切断补偿电容，同时采用高速机械刹车或偏航刹车、空气动力刹车等措施，让整个电机组立即停运；倘若发生故障但是没对机组造成损害，则给予正常停机处理；倘若发生故障对机组造成损害，但是并不大，那么则以安全停机执行。
2.2 电机切换控制的设计
当整体电流从大电机转化为小电机这一过程中，其小电机将会承受极大的电流冲击，因此为了确保小电机受到的电流在可控范围内，需要凭借可控硅控件，促使小机电得以按照正常状态继续运行[4]。同时，为了保证可控硅整体安全性，还需要在主电路中安装瞬态抑制电路，这能够对可控硅电压的上升率起到一定的抑制作用，从而出电流的上升率得以下降。
2.3 软并网技术的采用
该系统限流情况需凭借大功率可控硅来实现，倘若直接实施发电机组并网，极易产生强大的冲击电流，损害发电机以及电网，并且还会对其他的互联网组造成损害。当机组动在电动或并网启动过程中，其主要控制系统则需要经过可控硅运作促使并网得以完全控制。并且，在并网的旁路内同时还需要经过可控硅控件将其开关设备所遭受的电流冲击进行降低，保证全程开关设备处于安全状态[5]。
2.4 自动偏航和解缆
以上两种均属于风电机组电气控制的重要核心技术之一，将优先级偏高的偏航操作开始实施的时候，其优先级偏低的偏航指令便会被自动屏蔽或清除，同时按照级别的不同偏航指令方向将其分为不相同与相同处理方式。当处于维护状态或者是故障时，所有偏航指令将会被屏蔽。偏航系统可分为左右两种，在设计时，首先要确保机械环节、硬件线路与软件设计之间的互锁，以此来稳定整个系统的安全性。若风大，其控制系统则会由叶轮九十度侧风予以保护，同时追踪风向的改变，促使风电机组得以安全运行。
扭揽传感器控制的自动解缆以及扭揽开关控制安全链保护构成解缆系统，倘若其电缆缠绕在某个设定的值时，传感器便会发出与之对应的信号，将系统结合信号进行控制从而使偏航系统操作得到控制，达到电缆解绕的目的[6]。在以下的情况下，控制系统没有进行自动解缆操作，其电缆缠绕处于承受极限内，其安全链保护便会被触发，促使其实行紧急停机操作，针对无法自动修复故障上报，耐心等待人工解缆操作。
2.5人机交互式切换控制的设计
该设计可体现出风电发电机组自动化程度，在机组正常运行时所有参数均会经MCCS组态软件设计操作界面被操作者设计以及执行，随机经工控机对与之相应的质量进行接收与识别，凭借PLC控制系统的通讯环节将远程控制风电发电机组得以实现。同时，对于反馈的状态与运行参数联合预先设定好的参数指标加以比对，利于操作者快速决断出总体风电发电机组运行情况。
2.6 制动控制设计
主要包括以下三个部分：主控制保护系统无法限制的保护系统、主控制保护系统以及设备自行保护措施。在设计的时候，需要保证总体设计大于两套不会互相依赖刹车设备，如：按照冗余原则对主控制无法限制的保护系统加以设计，其主控制保护系统归属于安全链当中无法被主控制系统所限制的一个核心环节，因此必须保证其安全链为最高优先级，一旦发生故障，安全链将会立即制动，让其停止，从而达到安全脱网的目的。
2.7 其他设计
该系统中还存在着—个重要的远程通讯控制功能，现场相关工作员受限由此体现了远程监控和集中管理的重要。想要减轻员工的工作量，则要凭借远程监控系统对更像运行参数进行实施分类解析与保存。并且，故障处理和运行监测同样是电控系统无法缺失的重要功能之一，电控经过对纳入的多种参数分析与收集，针对出现故障类型予以判定。随后挑选适合的停机方式加以处理，并第一时间上报操作者。
3小结
风力发电能力的主要决定性因素便是风电发电机组，它的整体风力发电结果将受到工作效率的直接影响，并且影响总体机组工作效率的核心部分便是风电大电机组电控系统。由此可见，想要确保电控设计拥有极高的合理性与科学性，则首先要对整个机组运行效率进行保障，以此来提升风力发电的效果，长久为国内经济发展以及社会发展给予源源不断的电力资源。
参考文献:
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[3]刘皓明, 唐俏俏, 苏媛媛, 等. 大型风电机组主动减振电气控制方法综述[J]. 电力科学与技术学报, 2016, 31(3):182-194.
[4]刘颖明, 朱江生, 姚兴佳,等. 基于无模型控制的风电机组独立变桨距控制[J]. 太阳能学报, 2015, 36(1):1-5.
[5]吴俊鹏, 翟学, 郭紫昱, 等. 直驱永磁同步风电机组的PID控制器设计与仿真[J]. 自动化与仪表, 2015, 30(2):38-41.
[6]王晓东, 李怀卿, 刘颖明, 等. 风电机组转矩的非线性控制[J]. 电工电能新技术, 2016, 35(1):19-23.