仿真软件在风力发电实训室的应用研究

摘 要：随着国家对环境污染、资源严重消耗等问题越来越重视，开发风电、太阳能等新能源成为今后发展的重点。风电行业的快速发展导致企业需要大量的风电专业人员，但由于风电场都在比较边远地区，风电专业学生很少有机会能近距离看到风力发电机组，在毕业的时候对风力发电机组还只是停留在理论层面上，所以需要在大学学习期间就要引入风力发电仿真软件，使学生能通过仿真软件系统的实训，在毕业时就能具备风能发电设备制造、安装、调试、运行与维修的基本知识和基本技能，能很快适应岗位的能力要求。

关键词：风电行业； 仿真软件； 能力要求

一、中国风力发电发展现状

2014年，中国风电产业继续保持强劲增长势头，全年风电新增装机容量1981万千瓦，新增装机容量创历史新高，累计并网装机容量达到9637万千瓦，占全部发电装机容量的7%，占全球风电装机的27%。2014年风电上网电量1534亿千瓦时，占全部发电量的2.78%。

全国风电开发建设速度明显加快，新增风电核准容量3600万千瓦，同比增加600万千瓦，累计核准容量1.73亿千瓦，累计核准在建容量7704万千瓦，同比增加1600万千瓦。风电发展“十二五”第三批核准计划完成率76%，第四批核准计划完成率56%，完成率提高明显。此外，受价格政策调整因素影响，2014年下半年各地区不同程度出现了抢装现象。

2014年，风电设备制造能力持续增强，技术水平显著提升。全国新增风电设备吊装容量2335万千瓦，同比增长45%，全国风电设备累计吊装容量达到1.15亿千瓦，同比增长25.5%。风电产业制造能力和集中度进一步增强，8家企业风机吊装机容量超过100万千瓦。风机单机功率显著提升，2兆瓦机型市场占有率同比增长9个百分点。风电机组可靠性持续提高，平均可利用率达到97%以上【1】。

在国家能源局综合司关于进一步做好可再生能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见中提出可再生能源发展“十三五”规划是能源发展“十三五”规划的重要组成部分，是调整优化能源结构、转变能源发展方式的重要内容，“三北”、“西南”等可再生能源丰富地区、要提出水电、风电、太阳能发电基地及重大项目。国家能源局和相关部门出台的相应政策，紧扣当前实际，得到了风电业人士的认可。

在这个基础上，随着行业标准和认证体系的进一步完善，随着开发商对产品质量的认识越来越明确、对产品质量的要求越来越高，随着行业自律的推广和加强，整机企业优质优价的局面会形成并进一步完善，行业竞争乱象会得以有效改善。从PM2.5爆表事件和大范围的雾霾天气，已经让越来越多的人们认识到以煤炭为主的能源结构不符合建设生态美丽中国理念这一事实。通过反省雾霾事件，人们将会更加乐于接受并使用清洁可再生能源。

在乐于使用可再生能源的社会观念、及时有效的政策和良性行业竞争三个方面合力下，风电行业的发展脉络会逐渐显现和清晰，乱象会逐渐消除并形成稳定、完善的产业体系，为实现十建设生态美丽中国的目标打下坚实的能源基础。与此同时，我国从风电大国转变为风电强国，风电成为社会主要电源，使用清洁能源的观念将深入人心【2】。

二、企业对风电专业毕业生要求

风电专业毕业生要求是在具有必备的基本理论知识和专业知识的基础上，通过理论与实践结合的教学组织形式改革，使学生重点学会从事本专业领域实际工作的基本能力和基本技能，具备相关岗位适应能力和相关领域的活动能力。风电企业对专业技术人才的要求如下：

1.技术全面型。风力发电机组上有液压、机械、电气等设备，这就要求风力发电专业人员的知识结构全面，并且在大学期间就要提高自己的动手能力，在工作以后能很快适应岗位。

2.团队合作意识。现代风电工程相对复杂而庞大，不能由单方面人员独立完成，需要不同层面、不同学科知识的人员相互配合。因此，团队意识对每一位风电工程人员十分重要，风电企业在招聘时也非常注重这一点。

3.良好的沟通能力。风力发电是复杂性的综合工程，风电技术人员需要与设备制造厂、风电运营商，咨询机构、气象部门等进行沟通，甚至与国外的公司交流学习技术与经验，因此，要求科技人员要有良好的沟通能力[3]。

三、仿真软件实现的功能

风力发电实验室是要求建设一个符合风力发电专业和实际风电专业教学要求的风力发电系统，要符合大、小型风电机组实验技术要求的综合风力发电实验室，以满足学生教学实训要求。同时需要系统地考虑教学实训项目的要求并具一定的特色。所以设计开发的仿真软件，不仅要吸收目前并网型风力发电设备的新技术，还应紧密结合教学的实际，必须全面满足完成实训项目的要求，模拟风场与变桨距异步双馈发电机组必须符合教学要求的实际原形的物理模拟标准。要能够观察到各种工况的物理过程，获得明确的物理概念，可以探索到现象的本质极其变化的基本规律，在教学实训中可使风力发电实验室的作用和功能得到进一步的拓展，能够进行典型系统的实训，应符合实训教学的可测试性和可操作性。

1.对风电场设备全范围进行建模仿真，具体包括风轮机模型、发电机模型、控制系统模型、量测系统模型、整流逆变系统模型、保护与自动化监控系统模型以及接入电网的等值系统模型。

2.风轮机系统仿真模块提供风速、风向轴功率、转速、变桨距角度、齿轮箱油位、油温、液压箱油位油温等输入输出变量。模型中考虑风能特性的参数主要有风速、风向和风密度，而风的密度主要取决于风机所处的地理位置，同时气候变化也会产生一定影响，对于特定风机而言，风密度可以直接取自测量数据。

3.发电机系统仿真模块提供输入机械功率、输出有功功率、无功功率、励磁控制、机端电压电流向量及频率、整流侧电压电流向量及频率、逆变侧电压电流向量及频率等输入输出变量。

4.外部电网的等值系统仿真模型提供并网点电压电流向量及频率、有功无功功率及电网其他变量。

5.风电场仿真系统的主要功能包括：正常操作、设备巡视、事故和异常的模拟、培训指导和辅助培训等功能。例如：正常的有功、无功功率的调节、开停机、倒闸操作等功能、紧急控制、低压穿越、有功恢复及动态无功的支撑等工况的仿真等。

四、结论

风力发电实训室是面向风力发电专业的技术实训室，主要承担风电专业课程的实验、实训教学，也可满足其它专业进行风力发电选修课程的实验和综合性实训。风电实训室里安装仿真软件，可供学生、教师进行相应的实验、课程设计、产品开发及教学研究。通过软件系统的实训，可使学生具备风力发电机组设备的制造、安装、调试、运行与维修的基本知识和基本技能，使学生不但在毕业时符合企业的要求，还可以很快达到岗位的能力要求，成为一个高技能型的风力发电专业人才。■

参考文献

[1] 2014年风电产业监测情况 国家能源局 2015.2.12

[2] 2013年风电产业发展展望 中国新能源网

[3] 陈铁华、燕振元 风电行业人才需求分析及培养模式探讨 长春工程院学报（社会科学版）2013年第14卷第3期

作者简介：韩俊峰（1979.11-），男，汉族，乌兰察布市人，讲师，硕士研究生，研究方向：风力发电。