風力發(fā)電機組智能增功控制方案

風力發(fā)電機組智能增功控制方案摘要：目前，針對低風速、山地環(huán)境、機位分散、風速多湍流與風向存在極端變化等特點的風力發(fā)電場，其風況往往非常特殊，風況的變化遠超標準等級，部分天候的湍流強度達到標準值2倍以上，短時的風速突變可達10m/s，風向突變可達180°以上。對于復雜地形低風速或極端變化風況的風電場，通過低風速發(fā)電策略、智能監(jiān)控技術、定制化偏航技術等一系列技術手段，可以明顯提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率，極大降低風力發(fā)電機組的運行載荷，大幅度提升風力發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性。關鍵詞：低風速發(fā)電;智能監(jiān)控;智能增功引言針對低風速地區(qū)風資源情況復雜的問題，采用低風速風電場定制化開發(fā)，以風電場經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標，為低風速地區(qū)風電場定制化開發(fā)。風力發(fā)電及其控制技術的進展情況由于自然風在不同時期和不同氣候條件下會出現(xiàn)不同風速和風向，所以有效地控制發(fā)電系統(tǒng)是一項重要的工作，首先需要有效地控制好機組內的切入和切出電網(wǎng)、對輸出功率進行控制、并檢測風輪是否出現(xiàn)運行故障、做好保護措施。風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術由之前的定槳距恒速運行技術發(fā)展至現(xiàn)在的變槳距變速運行技術，有了較大的突破和超越，達到了城市中基本的供電指標。在風力發(fā)電機組中關鍵的技術是機組功率的調節(jié)技術，包括主動失速、定槳距失速和變槳距調節(jié)等。當下，風力發(fā)電機組具備了變槳距變速運行技術，對風速和風向的變化進行控制，另外，風力發(fā)電控制系統(tǒng)不只是在機組內達到脫網(wǎng)、并網(wǎng)和調向控制的作用，還可以通過變距系統(tǒng)進一步管控好機組的運行速度和功率，從而確保風力發(fā)電機組的安全以及速度的加快，推動電力行業(yè)的快速發(fā)展。定制化智能增功控制解決方案小風掛網(wǎng)低風速風電場的平均風速較低，因此提升低風速、超低風速段的風能捕獲性能顯得尤為關鍵。該技術將通過雙饋變頻器，量身定制低風并網(wǎng)切入策略及低風轉速控制點，通過控制主流程的精細化設計，將切入風速降低至2.8m/s。當變頻器切入后，在相對較低的轉速下運行。以及較高風速段的恒速運行（轉速上限1812rpm）。定制化解決方案基于變頻器特性在低風速下穩(wěn)定運行，最小發(fā)電風速為2m/s，為超低風速風場的特殊風資源條件創(chuàng)造額外的發(fā)電收益，在有效降低切入次數(shù)的同時，大大提高發(fā)電時間。自適應功率控制超低風速風電場的平均風速較低，因此實現(xiàn)風電機組變速運行，最大程度實現(xiàn)最佳風能利用系數(shù)曲線的跟蹤控制顯得尤為關鍵。變槳變速風機的切換點在額定風速點，在額定風速以下通過調節(jié)轉矩追蹤最優(yōu)葉尖速比，實現(xiàn)風能最大捕獲;在額定以上通過調節(jié)槳矩角來維持轉速恒定。功率自適應控制技術主要包含兩方面:動態(tài)最優(yōu)轉矩控制和最優(yōu)槳距角控制。（1）動態(tài)最優(yōu)轉矩控制動態(tài)最優(yōu)轉矩控制技術的兩個核心在于動態(tài)轉矩控制和最優(yōu)轉矩控制。最優(yōu)轉矩控制技術相較于傳統(tǒng)的變速變槳風力發(fā)電機組的轉矩控制，在變槳控制環(huán)中加入解耦控制環(huán)，使轉矩控制能平滑過渡于轉矩環(huán)和變槳環(huán)之間，同時還能有效避免風電機組在瞬態(tài)的風速變化過程中過轉速、過功率（可能會使機組出現(xiàn)極限載荷），因此可以更大范圍跟蹤最佳Cp。變速變槳風機轉速一轉矩曲線如圖1所示。圖1變速變槳風機轉速－轉矩曲線動態(tài)轉矩控制技術基于實時測量的空氣密度值（通過多功能氣象儀測量），動態(tài)跟蹤Kopt，實時調整轉矩給定（T=Kopt*Wgen（opt）2，Koptxp），提高機組的風能利用效率。自適應最優(yōu)轉矩控制前后功率曲線對比如圖2所示。圖2采用自適應最優(yōu)轉矩控制前后功率曲線對比（2）最優(yōu)槳距角控制在額定風速以下，槳距角給定值設置在0°只能在部分區(qū)間跟蹤最佳Cp（風速在5?8m/s左右）。2MW機型機組，風速在3?5m/s—般設置在1。左右，在滿發(fā)點前，可設置一1°最優(yōu)槳距角Bopt與機型及環(huán)境（風速、空氣密度等）關系緊密，一般對于高原機組容易產生失速現(xiàn)象，使機組運行功率曲線“右移”，此時最優(yōu)槳距角在風速處于［8，VRatedWindSpeed］區(qū)間可設置在+1°左右。綜上，通過綜合運用動態(tài)最優(yōu)轉矩控制技術（基于空氣密度動態(tài)跟蹤Kopt+最優(yōu)轉矩控制技術）和最優(yōu)槳距角控制技術，年發(fā)電量提升2%?3%。由此實現(xiàn)了低風速和中等風速時最大功率輸出。2.3智能降載增功智能降載增功是基于載荷控制算法來進行智能增容?？筛鶕?jù)現(xiàn)場風資源的情況進行差異化轉速轉矩控制，在滿足整機安全性及設計壽命的前提下自適應調整額定功率點，以實現(xiàn)在復雜地區(qū)的發(fā)電量最大化。風力發(fā)電及其增功控制技術的研究（1）風力發(fā)電和電力電子變換器的控制技術：①電力電子變換器的控制技術。從整個風力發(fā)電系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)，存在著電力電子變換器，并且電力電子變換器的特征表現(xiàn)在多方面：使用面較為廣泛，可以有效地用于大型風力發(fā)電系統(tǒng)中；風能轉換過程中能量的轉換率較高，完成轉換后具備很高的傳輸效率；還可以完善無功功率因素；其使用的安全性和可靠性很高。電力電子變換器的運行功率高且功率范圍也很大；該設備無須花費很多成本。通過運用pwm整流器于風電系統(tǒng)中，能夠最好地控制系統(tǒng)的最大功率。而運用整流器的時候，通過矢量的控制方法可以解除有功功率和無功功率之間的障礙，保證無功功率符合運行的相關要求。另外，pwm整流器還可以使有功功率的輸出量最大化，設置好直流環(huán)節(jié)并調整風電系統(tǒng)中無功和有功功率。②風力發(fā)電的控制技術。風力發(fā)電需要借助風力進行，這是因為風力與地面距離相差加大，這樣一來，能量轉化工作在空中就能完成。發(fā)電機和相關設備都需要努力提升工作效率，并且減輕物體的體重。永磁發(fā)電機的優(yōu)勢在于運行效率高且損耗較小，所以被普遍運用于風力發(fā)電系統(tǒng)中。發(fā)電機制造還可以通過模塊化方式開展，這樣能減少所需花費的成本，對風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機進行管控的過程中，一般都會采用矢量的控制方法，這類方法有效地解除了交軸電流與直軸電流之間的矛盾，也就使系統(tǒng)功率的因數(shù)控制簡單化。3.2風力發(fā)電中無功功率補償技術與諧波消除技術第一，使用電力變流器和一些電力設備讓相應的相位與諧波進行抵消；第二適當調整電容器組，進而改變無功功率，從而減少諧波對無功功率的影響；第三，運用三角形的連接方式，這樣能減少諧波的進入量。結語隨著風電的發(fā)展，風機分布及風力機選型問題是風電場經(jīng)營者必須考慮因素，對于不同容量風電場，隨著風力機數(shù)量增加，雖然風電場總功率增大，但內部收益率會存在一個最大收益率。因此，對于低風速風電場來說，采用混排布置的風力機將