电气自动化在新能源发电中的技术研究

引言

在全球能源结构加速转型、“双碳” 目标持续推进的大背景下，新能源发电凭借清洁、可再生的特性，成为缓解能源危机与应对气候变化的关键路径。太阳能、风能、水能等新能源的开发利用规模不断扩大，但新能源发电存在间歇性、波动性强等固有缺陷，对电力系统的稳定运行和高效管理提出严峻挑战。电气自动化技术以其智能控制、精准监测、高效管理的优势，成为突破新能源发电瓶颈、推动产业升级的核心力量。

一、电气自动化在新能源发电中的重要性

1.1 提升发电效率

新能源发电依赖自然条件，如风力、光照等，其波动性使发电效率提升成为关键难题。电气自动化技术通过智能控制策略，为突破这一难题提供了有效路径。在风力发电中，智能变桨距系统借助传感器实时感知风速、风向变化，结合算法精准调整风机叶片角度，使叶片始终处于最佳迎风状态，变速恒频技术则能根据风速动态调节发电机转速，确保风机在不同工况下高效捕获风能。

1.2 保障发电稳定性

新能源发电的间歇性与波动性对电网稳定运行构成挑战，电气自动化技术成为保障发电稳定性的重要支撑。自动监测系统通过遍布发电设备的传感器，实时采集电压、电流、功率等关键参数，一旦发现异常立即触发预警。在风力发电场景下，当风速突变时，控制系统迅速调节风机桨距角和发电机励磁电流，稳定输出功率，储能系统与电气自动化技术结合，可在发电过剩时储存电能，电力不足时释放电能，平滑功率曲线。

1.3 优化系统控制与管理

电气自动化构建的智能化控制系统，实现了新能源发电系统的远程监控、故障诊断与预警，极大提升了管理效率。工作人员通过监控中心，可对分散的发电设备进行集中管理，实时掌握设备运行状态。故障诊断与预警功能进一步增强了系统可靠性。自动化系统利用大数据分析与机器学习算法，对设备历史运行数据和实时数据进行深度挖掘，提前预判潜在故障。

1.4 助力新能源产业升级

电气自动化技术推动新能源发电设备向智能化、高效化、集成化方向发展，加速产业升级进程。在设备制造环节，自动化生产线与智能装配技术的应用，提高了生产精度与效率，降低了人力成本。技术创新促使新能源发电企业竞争力增强，吸引更多资本投入。如新型智能风机凭借电气自动化技术实现远程运维、智能诊断，降低运维成本，成为市场新宠。

二、电气自动化在新能源发电中现存问题

2.1 技术集成度低

新能源发电系统涉及多种技术的协同运作，然而当前电气自动化与新能源发电技术的集成存在显著障碍。不同设备、系统间接口不兼容，数据交互不畅，严重影响整体运行效率。以风力发电场为例，风机的监控系统、箱变的测控设备以及电网接入系统往往由不同厂商提供，各系统采用的通信协议、数据格式差异较大，导致设备间无法实现无缝对接。工作人员需在多个操作界面间切换，难以对整个风电场进行统一管理与监控，甚至出现数据传输延迟、信息丢失等问题，降低了风电场的运行效率和管理水平。

2.2 系统可靠性不足

电气自动化系统在新能源发电的复杂环境下，面临着可靠性不足的严峻挑战。新能源发电场多建于偏远地区，自然条件恶劣，高温、高湿、沙尘、盐雾等环境因素极易造成电气设备故障。在西北地区的光伏电站，高温和沙尘环境会加速电气设备绝缘老化，导致短路、漏电等问题；沿海地区的海上风电场，盐雾腐蚀严重影响电气设备的使用寿命，增加了设备维护和更换成本。

2.3 专业人才短缺

新能源发电领域对既精通电气自动化技术，又熟悉新能源发电原理的复合型人才需求极为迫切。当前行业面临严重的专业人才短缺问题。高校相关专业的课程设置相对滞后，教学内容侧重于传统电气自动化知识，对新能源发电技术的介绍较少，实践教学环节也与实际工程需求脱节，导致毕业生难以快速适应企业的工作要求。

2.4 成本控制难题

因为电气自动化技术应用于新能源发电时成本较高，所以，投资较少的新式电气自动化设备、电气技术在研发时需要较大的资金投入，电气设备的购买成本较高，检测和控制准确性较高的传感器与智能控制器的价格甚至达到传统设备的数倍，使得整个项目的初始投资额大大增加。

三、优化电气自动化在新能源发电中应用的措施

3.1 加强技术集成创新

强化电气自动化和新能源发电技术的有机融合，形成产学研用互相合作交流平台。高校科研院所要开展多源异构系统接口兼容标准制定的研究工作，开发基于物联网的标准数据接入方式，如采用标准通信接口来实现不同设备之间的信息互通。由企业牵头、产学研联手，对于如太阳能光热发电、海上风电等系统复杂、物理位置分散的情况，开发一体化控制系统，完成集热储热发电的一体化控制。

3.2 提高系统可靠性

系统可用性的提高要求硬件上系统硬件要更有保障，提高其环境的适应能力。对高温、沙尘、盐雾等恶劣环境的系统选用高防护等级的电气产品，选用耐腐蚀性材料和密封保护，从而有效提高设备的工作时间。软件层面要尽可能地提高自动化控制系统的容错能力，能够选用人工智能算法对系统运行数据等进行实时判断，提前预测故障。

3.3 构建专业人才培养体系

要缓解人才瓶颈，首先应从高校—企业—行业三结合的联合培养机制入手，高校要调整课程结构，增加新能源发电与电气自动化；教学内容中增加虚拟仿真实验，实验系统加强学生的操作技能；企业要进一步建立培训机制，新员工的上岗培训、技术骨干的岗位提高培训和与高校合作的“订单式”人才培养；行业社团可以组织开展职业技能大赛与职业技能认定，可以“新能源电气自动化工程师”的职业技能认定，推动技术人员积极参加职业技能提升，为新能源行业发展培养复合型人才。

3.4 强化成本控制

要有效控制电气自动化应用成本，需要从系统的整体角度着手。需要采用统一的采购方式来采购相关的电气控制设备，或者采用组团式招标的方式控制电气控制硬件成本；可以更多地使用国产设备替代进口设备，如在电气控制系统中，使用国产高性能的传感器等控制设备及控制器等，在性能得到满足的前提下，为设计方节约相应的设备投资资金；利用计算机网络的数字化建模软件，对系统的构成进行优化。

结语

电气自动化技术是实现新能源电站高效、稳定发展的重要手段，能够在促进发电效率的提高和产业升级上发挥着极为重要的作用。虽然目前新能源电站电气自动化技术发展遇到了整合技术创新和控制成本等诸多困难，但是提高创新集成、人才培养和制定标准这些措施能够有效解决相关困境。

参考文献

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[2]张少峰.电气自动化技术在新能源系统中的应用[J].电子技术,2024,53(04):280-281.