電力仿真解讀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)投入使用的各類型火電機(jī)組仿真機(jī)(含全范圍仿真機(jī)和原理型仿真機(jī))在300臺(tái)左右;變電站仿真機(jī)超過100臺(tái);核電仿真機(jī)雖臺(tái)數(shù)不多，但仿真機(jī)與發(fā)電機(jī)組的比例最高。絕大多數(shù)仿真機(jī)由國(guó)內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)。仿真機(jī)的使用有效解決了運(yùn)行操作人員的技能訓(xùn)練問題，并為提升我國(guó)電力工業(yè)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平發(fā)揮了很大的促進(jìn)作用。

4.2風(fēng)電場(chǎng)仿真機(jī)的作用

大型風(fēng)電場(chǎng)通常安裝幾十臺(tái)或幾百臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，且單機(jī)容量更大，控制系統(tǒng)也更加復(fù)雜(變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速下具有更高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，相信會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行操作人員提出了更高的要求?？紤]到我國(guó)風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，風(fēng)電場(chǎng)仿真機(jī)的應(yīng)用將有助于消除風(fēng)電發(fā)展面臨的某些制約因素。

首先，可有效解決人才短缺問題。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展直接帶動(dòng)風(fēng)電技術(shù)人員需求的增長(zhǎng)，但當(dāng)前的人才供應(yīng)狀況不容樂觀。國(guó)內(nèi)高校未設(shè)立風(fēng)電專業(yè)或?qū)I(yè)方向，風(fēng)電企業(yè)只能從相關(guān)專業(yè)遴選所需的技術(shù)人員。技術(shù)人員缺乏對(duì)風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)行知識(shí)的了解，更缺乏運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)。借助仿真機(jī)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)培訓(xùn)出合格的運(yùn)行操作人員。

其次，可有效提高運(yùn)行管理水平。技術(shù)人員可以在仿真機(jī)上開展反事故演習(xí)和不同運(yùn)行方式仿真實(shí)驗(yàn)，熟練掌握各種異常運(yùn)行工況下的應(yīng)對(duì)處理措施，進(jìn)而提高實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行水平，減少設(shè)備受損幾率，提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

4.3風(fēng)電場(chǎng)仿真機(jī)模型組成特點(diǎn)

前面敘述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的仿真模型側(cè)重于分析研究方面的應(yīng)用，若用于人員培訓(xùn)，則需要在建模方法、模型覆蓋范圍等方面做出調(diào)整。主要體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

4.3.1實(shí)時(shí)模型

要求模型參數(shù)的變化在時(shí)間尺度上與實(shí)際系統(tǒng)一致。受限于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，對(duì)于運(yùn)算量大的模型要進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。如電網(wǎng)潮流計(jì)算模型適當(dāng)簡(jiǎn)化，電磁暫態(tài)過程通常不予考慮。

4.3.2考慮風(fēng)向和季節(jié)因素

除前面討論的風(fēng)速變化特性外，仿真機(jī)還需要考慮風(fēng)向變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的影響。同時(shí)，應(yīng)選取幾個(gè)代表性季節(jié)分別仿真其風(fēng)速特性，并考慮不同季節(jié)的風(fēng)密度的變化。

4.3.3更詳細(xì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型

前面提到的將風(fēng)力機(jī)或發(fā)電機(jī)合并建模的方法不再適用，需要一一建立每一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的仿真模型。實(shí)際機(jī)組的全部系統(tǒng)、運(yùn)行人員在控制室能夠觀測(cè)到的全部參數(shù)均在仿真之列，仿真范圍較分析研究用模型要寬得多，除圖3、圖4表示出的子系統(tǒng)外，還包括：

1)包含金屬溫度、振動(dòng)、受力變形等參數(shù)計(jì)算的設(shè)備本體模型;

2)偏航控制等輔助控制系統(tǒng)模型;

3)風(fēng)力機(jī)機(jī)械能計(jì)算應(yīng)考慮尾流效應(yīng);

4)各種輔助系統(tǒng)模型，如潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等;

5)變壓器及廠用電系統(tǒng)模型。

4.3.3完整的人機(jī)界面仿真

出于為受訓(xùn)學(xué)員提供一個(gè)真實(shí)的操作環(huán)境，以及操作員站使用培訓(xùn)兩個(gè)方面的考慮，仿真機(jī)應(yīng)設(shè)置多臺(tái)仿真操作員站以仿真實(shí)現(xiàn)操作員站的全部操作監(jiān)視功能。大型風(fēng)電場(chǎng)通常分期建設(shè)，操作員站因設(shè)備供貨廠家的不同而風(fēng)格各異，為此，應(yīng)仿真實(shí)現(xiàn)各種不同類型的操作員站。

結(jié)論與展望

在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，仿真技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，仿真理論、方法和建模技術(shù)逐步完善，仿真技術(shù)解決了很多實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)問題。借鑒國(guó)外已有的研究成果，對(duì)于提高我國(guó)風(fēng)電系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用研究水平將大有幫助。本文提出了應(yīng)用風(fēng)電場(chǎng)仿真機(jī)開展人員培訓(xùn)，進(jìn)而解決我國(guó)風(fēng)電發(fā)展面臨的人才短缺問題的建議。相信仿真技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于提高我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)品的自主研發(fā)能力和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理水平將會(huì)發(fā)揮日益重要的作用。