风电电气工程自动化中常见问题及优化对策

风电电气工程自动化中常见问题及优化对策

谢强

上海电气风电集团股份有限公司，上海  200233

摘要：风电电气工程自动化是风电场安全、稳定运行的重要保障。随着风电产业的快速发展，风电电气工程自动化系统也面临着诸多挑战，如系统复杂度高、运行环境恶劣、故障率高等。本文分析了风电电气工程自动化中常见问题，并提出了相应的优化对策，旨在为提升风电场设备运维水平提供有益参考。

关键词：风力发电机组；电气工程自动化；可靠性

风电是清洁可再生能源的重要来源，在我国能源结构中占比逐年提升。风电电气工程自动化系统是保障风电场安全和稳定运行的重要组成部分，负责实现风机控制、发电系统控制以及电网接入控制等关键功能[1]。然而，随着我国风电产业的蓬勃发展，风电电气工程自动化系统也面临一系列的问题和挑战，并且对于系统的稳定运行提出了更高的要求，因此深入分析风电电气工程自动化过程中的常见问题，并探索行之有效的策略，对于推进风电产业的发展和提升具有重要意义。

一、风电电气工程自动化中常见问题

1.1系统复杂度高

风电电气工程自动化系统是一个复杂的整体，由多个关键子系统组成，其中包括风机控制系统、发电控制系统以及电网接入控制系统。这些子系统之间紧密耦合，形成了一个整体协同工作的系统。风机控制系统负责监控和控制风机的运行，包括风速感应、叶片角度调整、变桨角控制和刹车系统等。风机控制系统的任务是根据实时风速和电力需求来优化风机的性能，以确保风能有效地转化为电能。发电控制系统涵盖了整个发电过程，包括风机驱动发电机产生电能，以及对电能的调度和分配[2]。它需要监测电压、电流、频率等参数，以确保发电机的正常运行，同时协调发电机与电网之间的电能传输。电网接入控制系统是将风电场与电网连接的关键部分。它需要协调电能的接入和分发，确保风电场的电能顺利注入电网，同时满足电网的稳定性和负载需求。电网接入控制系统还负责处理电力波动和维护与电网的同步性。系统复杂度高，会增加系统故障的风险。

1.2运行环境恶劣

风电场所处的运行环境通常极具挑战性，因为它们往往位于高海拔、高寒、高湿等恶劣地区。这些恶劣的自然环境条件对风电电气设备构成了严重的威胁，因为它们容易受到各种环境因素的侵蚀和影响。高海拔地区的气温通常较低，气压较低，以及氧气稀薄，这可能对设备的运行产生负面影响。电气设备在高海拔地区更容易受到电磁干扰、绝缘降解和内部零部件的性能损耗。在寒冷的环境中，低温会导致机械部件的僵硬，润滑油的黏度增加，从而增加了设备的磨损和摩擦。此外，结冰和积雪可能积聚在风机叶片上，降低了效率，也可能引发冷却系统的冻结。高湿度的气候条件可能导致设备的腐蚀和绝缘材料的劣化[3]。湿度还增加了电气设备中的短路和漏电风险，这可能会导致设备故障和电气火灾。这些因素的综合也会导致风电电气设备的寿命大大缩短，维护需求增加，运行的可靠性降低。因此，在恶劣环境中运行的风电电气工程自动化系统需要采取额外的保护措施和维护策略，以确保设备能够在这些极端条件下安全高效地运行。

1.3系统故障高

    风电电气工程自动化系统的故障率相对较高。主要是由于系统的高复杂度，导致故障排查和修复变得更加困难。此外，维护保养不到位也是一个问题，因为恶劣的环境可能阻碍了定期维护工作，导致故障累积。这些问题共同对风电电气工程自动化系统的可靠性和稳定性构成了威胁，易导致风电场的意外停机或损失。

二、风电场设备运维的创新管理策略

2.1 系统设计优化

系统设计复杂度高，是影响风电电气工程自动化系统可靠性的重要因素。采用模块化设计和分级管理等方法，可以有效提高系统的可靠性和维护性。将系统划分为若干模块，各模块之间相互独立，可以独立开发、测试和维护。模块化设计可以提高系统的灵活性和可扩展性，便于系统的维护和升级。例如，风电电气工程自动化系统可以分为风机控制系统、发电系统控制系统、电网接入控制系统等子系统。各子系统之间相互独立，可以独立开发、测试和维护。这种设计可以提高系统的灵活性和可扩展性，便于系统的维护和升级。也可进行分级管理，将系统分为若干层次，每层次负责特定的功能[4]。分级管理可以提高系统的结构清晰性和层次性，便于系统的维护和管理。例如，风电电气工程自动化系统可以分为控制层、监控层、管理层等层次。控制层负责风电设备的控制，监控层负责风电场运行的监控，管理层负责风电场运行的管理。这种设计可以提高系统的结构清晰性和层次性，便于系统的维护和管理。

2.2 运行环境优化

为了提高风电电气工程自动化系统在恶劣运行环境下的耐久性和可靠性，也需要采用一系列防护措施，包括防腐、防水和防雷等。采用防腐措施是为了防止风电设备在腐蚀性环境中受到损害。包括使用防腐涂层和防腐材料来覆盖设备表面，以减少腐蚀的风险。这些涂层和材料可以有效地保护设备不受高湿度和化学物质的侵蚀，延长设备的寿命。在湿度较高的环境中，采用防水措施至关重要。如使用防水涂层和防水密封，以确保设备的关键部分不会受到水的侵入。由于进水可能导致电气故障、绝缘损坏和设备损坏，因此防水措施有助于防止这些问题的发生。在雷电频繁的地区，可额外加装避雷针和避雷网，以将雷电击中的风电设备引导到地面，避免设备受到雷击损坏。防雷措施可以提高系统的安全性，减少因雷电而导致的停机和损失。通过采用一系列的防护措施，风电电气工程自动化系统可以在恶劣的运行环境下更好地抵御外部因素的侵蚀和损害。不仅有助于延长设备的寿命，还提高了系统的可用性和稳定性，确保风电场的持续运行。

2.3 故障诊断优化

提高风电电气工程自动化系统的故障诊断能力，可以进一步拓展现代技术的应用，如：人工智能和大数据分析。引入人工智能技术，以提高故障诊断的准确性和效率。可以通过对大量数据进行学习，识别出与不同故障模式相关的特征和模式，从而更快速和准确地检测故障。机器学习算法可以实时监测设备性能，检测潜在故障迹象，并提前采取维修措施，以减少系统停机时间。利用大数据分析，系统可以收集和分析风电电气设备的历史数据，包括性能数据、传感器数据和维护记录。通过分析这些数据，系统可以识别出设备运行中的异常情况，预测潜在的故障，并提供有针对性的维修建议。大数据分析还可以帮助系统运营人员制定更有效的维护计划，以降低故障率和提高系统可用性。综合利用人工智能和大数据技术，风电电气工程自动化系统可以更快速、精确地检测和诊断故障，从而减少了系统停机时间，提高了运行效率，降低了维护成本，确保了风电场的稳定运行。这些技术的引入有助于提高整个系统的可靠性和性能。

四、结束语

综上所述，风电电气工程自动化是风电场安全、稳定运行的重要保障。随着我国风电资源的不断开发，以及风电机组的大量投产，将会有更多的需求。由于各种因素的影响，在风电场的自动化中出现了越来越多的问题，这对风力发电的安全、经济性造成了很大的影响。本文分析了风电电气工程自动化中常见问题，并提出了相应的优化对策。这些优化对策可以有效提高风电电气工程自动化系统的可靠性、安全性和运行效率。随着风电产业的快速发展，风电场设备运维也将面临更多挑战，也需要有关部门和人员不断创新管理策略，提高风电电气工程自动化水平和效率，以推动风电产业的可持续发展。

参考文献：

[1]高树辉,孟腾.风电电气工程自动化中的问题及解决对策[J].石油化工建设,2023,45(2):78-80.

[2]王浩.谈风电电气工程自动化中的问题及解决对策[J].百科论坛电子杂志,2020(9):1383-1384.

[3]徐海平.谈风电电气工程自动化中的问题及解决对策[J].中国科技投资,2019(27):111.

[4]郝士学.风电电气工程自动化中的问题及解决对策[J].百科论坛电子杂志,2021(24):3486-3487.