风电场功率控制一体化监控系统开发与应用赵鑫

风电场功率控制一体化监控系统开发与应用赵鑫
发布时间：2021-09-07T02:21:14.573Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第11期作者：赵鑫[导读] 伴随着科学技术的不断发展，对能源的需求越来越大。

风力发电是一种重要的能源获取方式。

大唐三门峡风力发电有限公司河南省三门峡市 472000摘要：随着经济和各行各业的快速发展，随着风电的大规模建设，电网需要面临大规模风电并网的问题，由于风电接入电力系统后会产生比较大的波动，导致电网也会出现产生巨大的不稳定，因此，要采用有效措施，降低风电的影响。

关键词：大规模风电并网；电力系统；影响；分析
引言
伴随着科学技术的不断发展，对能源的需求越来越大。

风力发电是一种重要的能源获取方式。

而在发电机正常运行过程中，通常会因为自身的振动导致发电机轴与齿轮箱高速轴之间发生偏移，造成两轴不对中。

当两轴之间的偏差超过安全阈值，长时间运行则会导致联轴器损坏或者高速轴轴承损坏。

本文围绕两轴不对中的情况，提出一种风力发电机轴对中状态监测及修正方法。

1风力发电系统网络结构的构成
从网络相关性来看，风力发电分成两部分，一部分是发电生产相关的生产过程控制、监控系统以及相关的企业运营和决策信息系统，另一部分为和电网并网业务关联的控制I区、控制II区和电力调度系统。

虽然风力发电和输、变、配、用电由不同的公司运营，且各自的网络大小、规模和使用人群等复杂度和专业各有不同，但均涉及传感、控、调和生产调度、办公运营各部门组成，故从整体上看，不管是风电场还是电网公司的网络业务系统，都能参照工控系统普渡参考模型对具体业务间的逻辑来进行分层理解。

在调度的视角看，风力发电系统网络结构上分为涉网和非涉网两部分。

控制网络的生产区间的系统由风场内控制系统和基于风场集控中心电力监控运营决策的典型跨物理区域的分布式工业监控系统组成，这些系统网络上与电力并网的电力调度并不直接存在网络耦合关系，以下简称非涉网区域。

和电力调度并网相关的系统包含远动子站、A VC子站、保信子站等和电网中变电站相关的子系统，均属于国家能源局《电力监控系统安全防护总体方案》所定义的控制大区范畴，以下简称涉网区域。

2风电场电力监控防护措施
2.1提升电能的质量
很多补偿装置都拥有提升点能质量的功能，可以有效控制风能发电过程中出现的电压波动和闪变问题。

目前，常用的设备包括SVC有缘滤波器、动态电压恢复器等。

从理论上讲，电压对闪变所导致的危害是有决定性作用的；电压波动主要与电网负荷量的变化和短路容量有关。

如果电网短路容量是一定的，那么，如果电网中无功负荷存在剧烈的波动，就很容易导致闪变的出现，从而对电网的稳定性造成进一步的破坏。

因此，为了能够对闪变进行有效的控制，就需要控制电压，所以，目前，方法是通过安装无功补偿装置，避免电网出现过于严重的波动，达到从源头上抑制闪变出现的目的。

目前的APF设备使用了电子技术和信号处理技术，能够进行十分全面的谐波治理，设备自身就能够产生电网谐波和极性相反的电流，所产生的谐波可以达到低效谐波干扰的目的。

还可以使用DVR技术，如果电网发生电压跌落的情况，就会迅速做出反应补偿电压，所以在风电产生波动或者闪变，也能马上做出补偿，保证电网的稳定。

2.2防护方案的验收
在方案设计和实施前后，可参照《GB/T36047-2018电力信息系统安全检查规范》进行安全细粒度的检查，实施后，可遵照《GB/T 30976.2-2014工业控制系统信息安全第2部分：验收规范》所述环节组织验收。

未知攻焉知防，在方案设计和实施后，需要对整改后的风电场电力监测系统进行攻防验证，以尽可能地覆盖解决已知的安全威胁。

攻防验证可以采用第三方的渗透测试、工控风险评估来完成，通过模拟黑客远程和内部恶意用户的入侵的手段和方法，测试并发掘该网络中存在的安全问题，主动暴露整体系统在安全防护方案实施后可能存在的安全脆弱盲点和漏洞，进一步进行消除和弥补，避免已知安全脆弱性遭受攻击带来损失。

比如工控环境主机漏洞进一步的检测、工控组态软件漏洞分析、工控协议漏洞的识别与利用分析、弱口令探测和扫描、网络分区连接的进一步排查，从而优化防护设施和装置的安全策略。

2.3高风险作业在线监测及报警装置的需求
目前，高风险作业区域实行的是升级监护制度，根据作业风险等级设置相应的监护人员数量。

而有限空间作业监护人员只能在有限空间外进行监护，与内部作业人员保持沟通联系，工作时间久了这种方式显然成了一种摆设，失去了监护的真实意义。

一旦遇到特殊情况，有限空间内气体浓度超标，作业人员短时间出现中毒或窒息现象，无法及时告知外部监护人，将错失救援良机。

一些企业虽然在高风险作业区域安装了视频监控装置，但其作用有限，只起到事后追查的作用，震慑警示作用不足。

如果通过在线监测及报警装置，实现在线自动监测和联动报警，必将起到超乎想象的效果。

2.4电力系统的稳定性
风电本身就有不稳定的特点，因此，风电并网后也会影响主电网，使其变得同样不稳定。

风能发电的运转都属于无功输出的功率，在并网后会导致主电网的电压降低。

为此，一般会在风电接入电网之前，专门针对性地对电网进行调整，保证电网能够承受因为风电并网所带来的的波动，做好对风电输入网功率比例的管控，从而确保并网后主网可以安全稳定运行。

对于风力发电输出质量，其最大的质量问题在于电压存在波动和闪变，出现这种情况主要来自风力资源的不稳定。

风力发电机组属于被动运行，在运行方式上存在明显的局限，其发电质量会完全随着风的变化而变化。

即便在机组的运行状态正常，由于风速和风向都会改变风电机组的功率输出，而且这些外界条件都不会受到人为因素影响，因此，风电中的波动和闪变都是长期存在的。

同时，风电机组启动后，会瞬间产生极高的电流，马上会对电网产生非常大的冲击，之后，由于局部冲击，就会造成电网的电压下跌。

而如果风电机组发电有大幅度的波动或者闪变，也容易导致接入点位置的短路等问题。

为了解决这些问题，一些电网专门采取了软着陆的方式解决风电系统的波动问题。

而风电机组也会限制风机转动速度，如果风力过大，导致超过了风电机组能够承受的最大风速，风力发电机组就会停转或者限制转速。

但如果所有发电机组都因为风速过大而停转，将会直接导致局部供电网络的稳定性受到极大的影响。

风电机组在发电时也会产生谐波，同样会严重影响主电网的稳定性。

谐波的产生方式可以概括为两种。

首先，使用恒转风电机组，在软启动时会产生短促的谐波，但是，这种短波由于持续时间非常短，因此，能导致的影响是可以忽略的。

另一种是使用变速机组，在接入电网的瞬间会产生谐波。

由于变速机组在接入电网的过程中，会使用整流装置和逆变装置，假如在发电过程中未能做好对电子装置切换频率的控制，就容易出现放电机组同时补充电容时和电网的主电路出现谐振，于是，会产生幅度极大的谐波，会严重影响电网的稳定性。

结语
数字化监控监测系统的构建及应用，可实现对作业区域及作业人员全时段、全区域的安全监测及管控，风电作为一种绿色能源，风力发电机轴对中状态修正方法，对工作人员的经验依赖性小，调节过程更为简单，对提高风力发电机的工作效率和简化风力发电机组的维修具有重要意义。

在未来，风电会成为一个拥有明显竞争力的发电方式，但是，因为风电的不稳定还需要继续进行改良，电网需要做好调度工作，并且采用合理的技术有效抑制风电的波动和闪变，降低负面影响，推动电力行业的长远发展。

参考文献
[1]李珉.风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断探析[J].中国设备工程, 2020,(3):165-166.。