摘要：近年来，在国家政策的⼤⼒扶持下，风电设备制造业进⼊了黄⾦期，制造技术和⽣产能⼒快速发展，获得了技术和⽣产经验的积累，尤其是在国内的能源供需⽭盾问题越来越严重和电⼒需求上升的情况下，风电产业得到迅速发展，中国风电发电呈增长趋势，截止2021年底，我国国内风电装机容量突破3.3亿千瓦时，基于我国对双碳目标的研究，到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上等。本文就是基于能源互联网这一时代背景，强化对风力发电关键技术的研究和探讨，研究现状、存在的问题及发展趋势等进行综述如下：

关键词：新能源;风力发电;能源互联网;发电技术

Abstract：In recent years， with the support of national policies， the wind power equipment manufacturing industry has entered the Yellow period. The manufacturing technology and production capacity have developed rapidly， and the accumulation of technology and production experience has been obtained. Especially under the condition that the domestic energy supply and demand shield problem is becoming more and more serious and the demand for electricity is rising， the wind power industry has developed rapidly， and China's wind power generation is showing an increasing trend. By the end of 2021， China's domestic installed capacity of wind power has exceeded 330 million kwh. Based on China's research on the double carbon goal， the total installed capacity of wind power and solar power will reach more than 1.2 billion kwh by 2030. Based on the era background of energy Internet， this paper strengthens the research and Discussion on the key technologies of wind power generation， and summarizes the research status， existing problems and development trend as follows：

Key words： new energy; Wind power generation; Energy Internet; Power generation technology

引言：在当下经济全球化的发展背景下，人们在生产生活中对能源提出更高的需求标准。另一方面，随着全球气候变暖，使人们愈发关注新能源的使用问题。如今风力发电技术已经得到了有效应用，研究也逐渐深入，能很好地提升发电的整体效率。但是快速的发展过程中，也暴露出技术仍然不够成熟的问题，一些关键问题亟待解决。随着“互联网+”、大数据、云计算等高新技术的不断发展，传统能源行业融合先进的互联网计算机技术成为研究热点，风电场远程集控进入“大（大数据）、物（物联网）、云（云计算）、移（移动互联网）”时代，风电企业建设风电场智能化远程集控系统成为发展趋势，实现风电场群的集中生产运行、检修及运营管理，通过人、机、料、法、环等资源优化调配，形成监、控、管一体化运作的生产信息管理平台，纵向支持对上级和下属企业的业务管理，同时支持风电企业多组织、多层级、多产业的管理要求;横向充分贯穿企业的基建、物资、项目、设备、指标等管理职能，实现生产全过程的资金流、信息流集成和数据共享，做到为决策服务。

一、风电技术发展现状

我国从保障能源安全出发，推动新能源技术研发，大力倡导新能源和可再生能源，其中，随着风力发电在新能源比重愈来愈重，风电存在的间歇性问题也愈发突出，为应对大规模风电对电网调度与控制的挑战，风力发电技术问题的研究也愈发重要。

1.风力发电企业数量增多

伴随着我国对新能源的重视，人们在使用这些清洁能源的过程中，有着越来越正确的认识。风力发电已经在整个发电行业中，占据越来越重要的比重。在实际经营过程中，出现风力发电企业的规模提升。

2.单机容量增多

当下，我国对于风力发电技术的研究不断深入，国产单机容量得到有效提升，这已经成为我国未来新能源发展的重要契机。

3.风力发电技术的稳定性

在风力发电技术的研究中，稳定性较高是该技术的重要优势。风力发电已经占据发电行业的重要地位。例如，在一些海上发电项目中，由于海风有着较大的流动速度，具备较高的发电机制，在发电过程中，受到干扰性较低，具有较高的平稳性。

4.发电技术的商业化发展

在国家对清洁能源发展优惠政策的支持下，日趋成熟的风电技术得到应用，风力发电企业也创造出越来越多的经济效益。因此，在发电行业发展中，人们愈发关注、研究风力发电的关键技术，使风电企业在未来的商业发展中，可以获得更多经济效益。

二、数字化风电技术发展趋势和需求

1.风电智能监控

风电场智能化监控可以带来非常大的商业价值，具体需求主要包括：风电机组和风电场综合智能化传感技术、风电大数据收集、传输、存储、整合及快速搜索提取技术;风电场中不同制造商风电机组间通信兼容解决方案，建立风电场监控系统信息模型;大型风电场群远程通信技术，开发风电场间通信协议及数据可视化展示平台，实现风电场信息的无缝集成等。

按照管理半径适度、调度关系顺畅、规模经济的原则，分区域建设远程集控系统，实现风电场的遥测、遥信、遥控、遥调、遥视和管理功能，实现该区域所属风电场的异地值班，并按区域开展巡检、维护和检修工作，实现“集中监控、少人值守、区域检修”的精细化、标准化、专业化和智能化的生产运营管理模式。

（1）精细化：通过信息化手段实现风电场人员、设备设施和环境管理的全覆盖和精细化;

（2）标准化：通过信息化系统开展统一标准体系建设，实现管理制度标准化、工作流程标准化、技术规范标准化;

（3）专业化：通过信息系统平台，实现技术监督专业化、运营分析专业化、检修维护专业化;

（4）智能化：建立专家辅助决策系统，提供故障诊断、发电性能优化策略、检修维护优化策略和设备选型建议等;

根据风电企业功能需求，集控系统总体应用目标可包括：生产运行监控、智能分析诊断、生产运营管理等。集中实现风电企业所属风电场的监、控、管一体化。集控系统应具有开放性、标准性、可靠性、安全性、功能实用性、可扩展性、可操作性和易维护性等技术特性。集控系统与风电场各类场站监控系统应统一相关控制模式、通信规约及相关技术要求。

2.风电智能运维

风电场智能化运维技术正在向着信息化、集群化的方向发展。通过智能控制技术、先进传感技术以及高速数据传输技术的深度融合，综合分析风电机组运行状态及工况条件，对机组运行参数进行实时调整，实现风电设备的高效、高可靠性运行。

风电运维与信息技术的深入融合包括建立包含风电场群运行数据、气象数据、电网信息、风电设备运行信息的物联网大数据平台，通过多风电场群协同控制和综合分析，加强风电机组智能控制和发电功率优化;以可靠性为中心的风电场维修理论，按照以最少的维修资源消耗保持设备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程;基于云计算平台的风电大数据挖掘及智能诊断技术，将数据分析范围覆盖风场从设计建设到状态监测、故障诊断以及运营维护的全流程等方面。

其功能包括：生产管理、经营管理、绩效管理等内容，范围涵盖风电企业各风电场各业务板块。移动应用平台将风电企业信息系统的功能移动化，为企业提供移动化的应用产品及服务、提供突破时间和地域限制的移动解决方案。移动应用整体上采用“平台+应用”的设计思路实现应用的架构，主要功能包括：场站监测、运行绩效、工作流程、移动巡检管理、移动缺陷管理、移动检修管理、移动工作票、移动操作票、库存超市、人员动态等功能。系统通过与实时生产数据和统计分析数据的接口，实现对场站运行状态的实时远程监测。同时还为移动检修，远程专家协助，人员监督与管理，维修质量把控等提供了有效的保障。通过移动应用平台，实现集控中心与检修人员的实时互动，现场检修情况的实时反馈。

3.风电机组故障智能诊断和预警

智能分析诊断主要对风电场生产设备的大数据进行挖掘，实现专题统计与分析、统计报表、趋势分析、后评价分析、设备状态评估、故障预警、专家辅助决策等功能。

集控系统具备设备（主要为风电机组）运行状态综合监测诊断预警功能，通过采集识别设备运行状态数据，实现对运行设备的健康状况智能分析和故障诊断预警，并将诊断结果、处理方案自动输出故障处理工单，实现高效运维诊断，并可与备件供应平台对接。

风机在线状态监测系统通过安装振动传感器、温度传感器等，监控风机传动链上机械设备的运行状态，实现传动链上主轴承、齿轮箱、发电机等的亚健康状态诊断，通过与风机监控系统集成，更好地利用风机10min运行数据进行分析，实现更多风机关键部件的亚健康状态诊断。同时，通过与生产管理系统集成建立故障预测与预防性维护平台，使数据分析人员快速获得预测性状态维护的能力，建立起设备状态维护与设备定期维护相结合的运维管理体系，降低维护工作量与物料消耗。

提供设备重要参数实时监测值和历史值对比功能，通过对多个设备的同一参数进行对比分析，以及对重要运行参数实时监测值和故障特征模型对比，对设备异常的参数进行预警，提醒生产人员及时进行查看和处理，为消除故障提供技术支持，给出类似故障历史处理方式及参考建议，如：设备故障定位，精确定位故障部件、准确识别故障类型和故障程度;设备寿命预测，故障部件后续还能运行多久，且不会引发其他重大设备故障;运维处理意见，该问题后续需要如何处理，是否要做相应的检修前准备工作，工作内容有哪些;运维计划安排，需要多少个具备相关知识背景的人员来处理，处理多久，用什么工具，在什么时间点处理成本最优（考虑小风季和检修人、财、物要素）。

故障预警功能与一般报警功能区别在于采集量本身没有达到报警界限，但通过某种数据挖掘方法得到的综合指标显示不正常，发生预警事件。预警事件提供的是对实时数据分析后的结果，并不代表设备的故障，但可作为防止发电设备故障的重要参考。通过故障预警可及时发现设备故障隐患，通过故障知识库信息共享可规范故障处理流程，提高处理速度，从而提高设备可利用率，延长资产生命周期。

三、电网友好型技术发展趋势和需求

我国风电的接入形式正从单一的集中接入远距离输送向多元化方式发展，分散式接入和微网应用正成为日益发展的趋势。在全新的应用场景下，风电将更为直接地面对用户需求，而用户对于风电的电能品质也将提出更高的标准。

1.电力电子变流技术

高频时，很多电子变压器所使用到的开关器件都是双向性器件，为反向串联结构形式，系统较为复杂，相关工作人员无法对其进行合理的管控。实现高频大功率双向电力电子开关器件的使用，同时在风力发电领域中实现大面积地使用，可以促使元器件的实用性得到全方位的提升，同时，在电力电子变压器控制技术的使用过程中，电能变换的控制为其中的重点组成要素。

现阶段，将逆变控制技术作为核心的技术类型，对于管控电力电子变压器仍存在一定的控制性不足问题，会导致开关性能被损耗，因此在未来的研究过程中，尤其是电能变换和电能质量的统一控制工作，仍需加以研究和探索。在当前的技术发展环境当中，其主要是依靠电力电子的变频技术来对工作设备的参数输出值进行控制以及调配。其中风力发电设备主要包含了主控制器、编制系统以及制动系统等几部分，因此，其与一些比较常规的电厂基本形成了工作的相互连接。

但是，我国在利用风力发电的关键技术上，与并网的工作形式对比还存在着很大的差距。在依靠工作反馈以及并网工作处理的技术过程中，工作人员可以通过调整交流的频率参数来实现对设备进行频率并网的有效把控。与此同时，我们也可以按照交流的幅值增值方式来对电网电压进行并网方面的有效控制，通过对工作设备的直驱方式进行控制，我们可以在风力发电设备的工作过程中且处于正常情况下来对各种数据进行跟踪和控制。其中风力发电的技术使用在实际的应用过程中最显著的特点可以表现为冲击的电流参数非常小，因此我们可以实现有功和无功的工作有效控制。对于其另外的特殊优点而言，其可以表现风力发电在不接入到整个电力的系统工作状态中，也可以产生任何振荡方面的工作影响，因此，这不会对电力系统的工作运行造成一些工作方面的影响和干扰。

2.储能技术和电能替代

依照一份来自2020年的弃能调查数据表明，水资源、风能、光能三大能量的弃电量高达2200亿kwh，其中风能弃电量占比高达四分之一，以东北和西北地区为代表，弃电量最大，在达成电网需求之后，为了进一步降低风力发电的弃电量，这些富余的电量，可以使用的对其进行存储，等到当地电网有用电需求时，可以将其释放出去解决燃眉之急，或者直接将其转化为其他能源，达成电能替代这一目标。

基于风力发电这一特征展开分析，本身就具备一定的随机性，间歇性和波动性，同时这一特征，针对风电大规模接入并网，电网运行过程中的控制以及用户端电力的使用，都会带来一定的影响，因此，在储能技术的发展过程中，出克可以显著改善电网在清洁能源上的接纳水平，还可以将大规模风力能与接入电网所引发的安全问题、稳定问题等解决完善。电能除了可以进行存储，也可以使用在电能替代。所谓的电能替代，主要指的是使用更为便捷，更为安全和更为优质的电能，将传统的一次性不可再生能源进行替代，如煤炭、石油和天然气等等，以大规模的电能转化，改善燃料的使用质量以及效率，减少对环境带来的污染，使得清洁能源的使用范围得以全方位的扩大。

抽水蓄能机组可以在发电和电动两种状态中转换，负荷低谷时作为电动机从电网吸收功率而给上水库注水，负荷高峰时作为发电机而向电网注入功率，从而起到削峰填谷的作用。大部分抽水蓄能电站的上水库容量有限，下水库容量相对较大，所以调度运行中对上水库的蓄水容量限制较为严格。

抽水蓄能机组在发电状态下，可视为一台水电机组，出力可在限值区间内任意调节，启停速度快，没有爬坡（滑坡）速度限制，也没有最小开停时间限制。

抽水蓄能机组在抽水状态下，功率不可以任意调节，运行于最优功率点附近，只能以固定功率从电网吸收电量。功率不能连续调节，只能运行于几个间断的功率点上。

抽水蓄能机组具有多种运行状态，不同的运行状态具有各自的成本曲线、出力范围以及爬坡速率等参数。在抽水蓄能机组模型中，为了更精确地描述各种运行状态，可将每一种运行状态视为一台虚拟机，即可将抽水蓄能机组的发电状态看作虚拟发电机，将抽水状态看作虚拟电动机。由于这些虚拟机对应同一台抽水蓄能机组，因而在同一时刻，只有一台虚拟机能处于运行状态。抽水蓄能机组在不同运行状态下，对外表现出不同的物理特性。

结论：

综上所述，未来能源互联网已经成为必然发展趋势，针对我国风力发电行业的做大最强，将会发挥出十分重要的价值和作用，因此，需要相关人员掌握风力发电中的关键技术，以推动我国清洁能源行业实现健康稳定的可持续发展。

参考文献：

[1]邵垒，毛虹霖，邢胜，利威，方子淇，侯洋.高空风力发电发展现状及关键技术研究综述[J].新能源进展，2020

[2]孔韦杰.风力发电控制系统的关键技术研究与仿真[D].扬州大学，2020.

[3]刘学强.互联网背景下风力发电关键技术展望探讨[J].中国设备工程，2020（02）

[4]王伟家.基于能源互联网的分布式能源发展模式研究[D].华北电力大学，2018.

[5] 吴涛，刘立红，王岱岚. 某风电场智能化远程集控系统设计[J]. 中国电力，2018，51（4）：161-167. DOI：10.11930/j.issn.1004-9649.201604141.

[6] 胡会永，吉晓红，王欢欢，等. 新能源发展的电网规划关键技术研究[J]. 电力系统装备，2019（10）：153-154.

[7] 朱岩，李文建，冯晗，等 . 基于新能源消纳的电网规划方法 [J]. 农 村电气化，2018（11）：22-25.