大型风电机组功率优化控制研究 包连祥

大型风电机组功率优化控制研究包连祥
发表时间：2018-04-13T16:51:58.143Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：包连祥
[导读] 摘要：随着社会经济的发展，世界能源短缺也是越来越严重，因此要不断加快开发可再生能源的，这样有利于减少的环境污染，所以风力发电在人们的生活中受到了广泛的关注和引用，研究了风电技术的发展和风能利用率，从而展现了大量的相关研究。

（国华（通辽）风电有限公司内蒙古通辽 028000）
摘要：随着社会经济的发展，世界能源短缺也是越来越严重，因此要不断加快开发可再生能源的，这样有利于减少的环境污染，所以风力发电在人们的生活中受到了广泛的关注和引用，研究了风电技术的发展和风能利用率，从而展现了大量的相关研究。

本文研究的主要分析优化控制额定风速下实现对大型风机电阻的功率，建立合适的模型，实现额定风速下最大风能捕获对风机电阻的功率优化控制。

关键词：大型；风机电阻；功率；优化控制；风能
前言
Wind turbines use wind power is now in the natural state，the practical operation of wind turbines power curve refers to wind turbines operating in the process，through the background curve generated by the control software and the unit instrument.But because the wind turbines power curve will be because of the nature of the unit，the external factors such as temperature，atmospheric pressure of blade pollution and affected by，all the wind turbines surrounding environment is different，therefore，lead to wind turbines can form different power curve，or even the same wind turbines power curve is formed by the difference.This would require the relevant researchers analyze influence and forming factors of wind turbines power curve of real understanding of wind turbine operation characteristics of power factor，as far as possible to make the normal operation of the unit，and then increase the wind power generators.
1 大型风机电阻功率标准的功率
风电机组功率主要指风电机组实际输出功率会随着风速的变化而发生变化，从而形成相关曲线。

机组功率曲线可以反映出风电机组效率，而功率曲线好坏决定着风电机组经济性。

其中，标准的功率曲线在标准工况下，按照风电机组的设计参数来计算风速和有功功率相关性曲线，风电机组标准功率的曲线对应环境的条件为：空气密度是1.23 kg/m3，温度是15℃、一个标准的大气压。

风电场实际工况和标准功率的曲线给定环境条件间差异比较大，在某种程度上，会导致实际运行的功率和标准功率间存在差异。

2 分析了大型风机电阻功率曲线作用
风电机组运行功率曲线能够确定机组运行特点与功率特性，可有效评估机组发电效率与实际发电量。

风电机组中功率曲线属于风力发电中一个重要的认证内容，可以衡量机组风能转换的能力，能用来考核风电场的设备指标。

风电机组整体参数的设计环节可通过功率曲线检验风轮的性能优劣，同时预测风电机组总体的性能。

不仅如此，控制系统设计、发电机选择与传动系数效率都和功率曲线紧密相关，换句话说，风电机组运行的功率曲线是整个机组设计的前提，其能够确定机组运行的主要参数，例如：额定的风速、切入的风速与切出风速等。

3 环境条件与气象对于风电机组中实际运行的功率影响
3.1 雨水的影响
下雨时，叶片上雨滴会使气流围绕叶片流动的流动状态发生改变，导致翼型空气的特性产生变化。

此外，当雨滴撞击到叶片时，雨滴会因为离心力的作用向外飞出，致使风电机组的运行功率变小，产生损失，其最大损失高达20%。

3.2 污染的影响
如果风电机组风轮叶片受到漏油、沙尘与昆虫等污染时，会使叶片表面粗糙度发生改变，导致翼型空气的动力特性产生变化，从而降低了功率的输出。

3.3 海拔高度的影响
随着海拔高度的增加，上层空气密度会降低，空气大气压就会随着变小。

如果风电机组装设于高海拔的地区，因为高海拔地区空气密度比较低，风电机组输出的功率就会变小，使风电机组实际运行功率曲线收到影响，Vestas600 kW变桨距的风电机组与定桨距的风电机组位于不同海拔出实际运行功率曲线。

从定桨距的风电机组来看，海拔高度越高，风电机组运行功率曲线在同一风速条件下，发电功率会降低，超过满负荷下发电的风速，功率降低情况比较明显，从中可以看出；同一风速下满负荷的发电功率会随着温度的上升而下降，如果满负荷的发电风速值变大，中高风速阶段就会受到影响；一旦超过满负荷的发电风速，机组会采取收桨方式实施恒功率的控制，同时不会影响到功率曲线形成。

3.4 空气湿度与温度对于大型风机电阻功率的影响
当温度升高空气密度也会随之降低，使同一风速小的风电机组实际出力变小。

由于空气中残留着水蒸气，使空气中存在一定湿度，而湿度会影响到空气的密度。

通常潮湿空气与干燥空气相比，质量比较轻，因此，当空气中水蒸气上升，空气的密度就会变小，机组出力随之变小。

如果风电机组装设于低温区域时，因为空气的密度比较大，风电机组输出功率就会随着变大；相反装设于高温区域时，风电机组实际输出功率就会变小。

通过相关实验反映出Vestas600 kW变桨距的风电机组和定桨距的风电机组于不同温度条件下输出功率曲线，其中定桨距的失速机组会随着温度增加，导致风电机组实际功率输出曲线在同一风速下发电功率减小，当大于或接近满负荷的发电风速，输出功率降低的情况比较明显。

同一风速下满负荷的发电功率会随着温度的上升而下降，如果满负荷的发电风速值增大，中高风速阶段就会受到影响；一旦超过满负荷的发电风速，机组会采取收桨方式实施恒功率的控制，同时不会影响到功率曲线形成。

3.5 尾流对于风电机组的功率曲线影响
一般情况下，风电机组会吸收风中能量，当风流经风电机组以后，风速会减小。

位于在风电场下游的风电机组风速降低速度比上游的风电机组小，两风电机组间距离越小，前面风电机组会影响到后面的风电机组风速，该效应也叫作尾流的效应。

尾流区风电机组因为来流速的损失，会导致机组实际输出功率变小，因此在布置风电机组的过程中，要充分考虑风电机组的输出功率受尾流影响的程度。

串列式布置风电机组与斜列式布置的风电机组相比，容易受到尾流的影响，通过AV尾流方式计算风电机组中风轮功率输出系数的曲线。

当x/D=等于4时，最大风轮的功率系数大约是不存在尾流影响时的45%；当x/D等于6时，最大风轮的功率系数大约是不存在尾流影响时的65%；当x/D
等于8时，最大风轮的功率系数大约是不存在尾流影响时的75%；当x/D等于16时，最大风轮的功率系数大约是不存在尾流影响时的97%，基本是可以忽略尾流影响。

风电场风电机组实施串列式布置以后，上游的风电机组会影响下游的风电机组运行，风速在8～9 m/s间，机组间隔距离是500 m。

下面对优化前后的功率和月发电量进行了相关数据的统计。

4 结束语
综上所诉，为确保电厂功率的稳定性，要对其不断控制和优化策略，通过对大型风机电阻风气的检验，运行状况良好。

在额定风速一下的控制策略，然后按照气候的变化来调整最优模态的增益值，有效的了改善了控制参数，对发电效率有所改善。

另外还要总用恒功率控制方式，使传动链阻尼滤波器，从而使发动机转速的波动频率有所降低，让输出功率的稳定性更强。

参考文献：
[1].马平，刘昌华.风力发电功率曲线的验证[J].可再生能源，2008，26（6）：82-84.
[2].王承煦，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2002：50-56.。