風(fēng)力發(fā)電機組功率曲線優(yōu)化研究

1、    風(fēng)力發(fā)電機組功率曲線優(yōu)化研究    朱振海摘要：本文以干東一風(fēng)電場133臺東汽fd1500-77a風(fēng)機功率曲線不達標(biāo)為研究對象，依據(jù)風(fēng)能功率的公式，分析風(fēng)功率不達標(biāo)主要因素為葉片角度校準(zhǔn)，發(fā)電機力矩、轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)偏差，風(fēng)向標(biāo)問題，以優(yōu)化風(fēng)電機組功率曲線。關(guān)鍵字：風(fēng)力發(fā)電機組;功率曲線;優(yōu)化方案optimization of power curve of wind turbine（ cgnne gansu branch  daliang and gandong no.1 wind farm  jiuquan city  g

2、ansu province）this paper mainly takes the 133 dongqi fd1500-77a fan power curves of gandong no. 1 wind farm as the research object. according to the wind power formula， the main factors of the wind power failure are the blade angle calibration， the generator torque and the speed calibration deviatio

3、n. wind vane problem to optimize wind turbine power curvekeywords：wind turbine;power curve; optimize program1.前言中廣核新能源西北分公司干東一風(fēng)電場安裝有133臺東汽fd1500-77a風(fēng)力發(fā)電機組，采用巴赫曼主控制系統(tǒng)系統(tǒng)，至今已運行超過九年。隨著風(fēng)機運行時間的增加，單臺風(fēng)機功率曲線與理論值不達標(biāo)的問題日益突出，為此，本文就東汽巴赫曼系統(tǒng)單臺風(fēng)機功率曲線不達標(biāo)進行優(yōu)化。2.風(fēng)能功率介紹風(fēng)能的功率為：（式一）單位時間內(nèi)，風(fēng)力質(zhì)量：（式二）。所以風(fēng)功率：（式三）。其中：為風(fēng)功率;為空氣密

4、度;為機組葉輪的掃風(fēng)面積;為風(fēng)速。而風(fēng)力發(fā)電機組的功率：（式四）其中：為風(fēng)力發(fā)電機組的功率;為風(fēng)能吸收系數(shù);為機組效率。從式四可以看出，風(fēng)力發(fā)電機組功率的功率和空氣密度、葉輪的掃風(fēng)面積、風(fēng)速、風(fēng)能吸收系數(shù)和機組效率有關(guān)。3.影響功率曲線原因3.1密度對功率曲線的影響根據(jù)  （為空氣氣壓（單位pa）（式五）;為絕對熱力學(xué)溫度（單位k，即攝氏溫度加上273k）;為空氣的比氣體常數(shù)，對于干燥空氣而言，=287.05j/kg*k）可算出中廣核干東一的空氣平均密度為1.09kg/m?，所以現(xiàn)場以1.09kg/m?密度對的應(yīng)功率曲線作為參考，來調(diào)整功率曲線。干東巴赫曼控制系統(tǒng)，功率曲線計算，采用

5、控制算法。根據(jù)實時溫度的變化，計算密度值。通過密度和風(fēng)速的變化，計算不同風(fēng)速和密度下的功率曲線。相對而言，這種功率曲線計算方式較為準(zhǔn)確。3.2葉片零位校準(zhǔn)影響影響風(fēng)電機組風(fēng)能吸收系數(shù)的主要因素為葉尖速比和槳葉角度，當(dāng)槳葉角度為0°，且運行于最佳葉尖速比時機組具有最大的風(fēng)能吸收系數(shù)。定檢維護時，葉片校準(zhǔn)0°不合適，影響風(fēng)能吸收系數(shù)。進而導(dǎo)致功率曲線偏差。3.3變頻器4-20ma模擬信號影響變頻器與主控系統(tǒng)4-20ma反饋信號，主要有主控給定力矩、變頻器反饋力矩、功率因數(shù)給定、轉(zhuǎn)速等，出現(xiàn)偏差。從而使功率曲線出現(xiàn)偏差。p = q*n/9550  （式六） 其中：p為發(fā)

6、電機功率，q為轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速。3.4風(fēng)向標(biāo)的影響機組運行時風(fēng)向標(biāo)跟蹤穩(wěn)定變化的風(fēng)向，使葉輪對準(zhǔn)風(fēng)向，從而獲得最大的風(fēng)能。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測量數(shù)據(jù)偏差時，機組偏離風(fēng)向。葉輪平面與風(fēng)向產(chǎn)生夾角&。則垂直葉輪平面的風(fēng)速v=實際風(fēng)速*sin&。風(fēng)速變化，導(dǎo)致機組功率受到影響。風(fēng)向標(biāo)出現(xiàn)卡澀，導(dǎo)致偏航對風(fēng)角度出現(xiàn)偏差。由于風(fēng)向標(biāo)存在偏差等原因，直接導(dǎo)致機組在運行時，吸收的能量降低。從而影響功率曲線。3.5風(fēng)速儀卡澀和風(fēng)速儀參數(shù)設(shè)置不正確的影響（1）由于風(fēng)速計使用時間長，風(fēng)速計軸承出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。嚴(yán)重的報“風(fēng)速不一致”或“風(fēng)速計結(jié)冰”。但是輕微卡澀，不觸發(fā)故障。導(dǎo)致風(fēng)速計測量數(shù)據(jù)有偏差。風(fēng)速計測量的

7、風(fēng)速出現(xiàn)誤差，直接影響機組的功率輸出。（2）不同品牌的風(fēng)速儀，其增益和偏移參數(shù)不同，增益及偏移系數(shù)直接影響風(fēng)速的計算和功率曲線?，F(xiàn)場更換不同品牌備件后需要正確修改風(fēng)速儀參數(shù)，使系統(tǒng)獲得正確的風(fēng)速數(shù)據(jù)。更換后的風(fēng)速計與系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，不屬于同一廠家。3.6風(fēng)速儀1、2偏差影響（1）由于風(fēng)速計1與風(fēng)速計2之間所測風(fēng)速相差較大，導(dǎo)致影響實際風(fēng)速的測量。（2）由于風(fēng)速計運行時間較長，容易造成風(fēng)速計老化而產(chǎn)生軸承卡澀，導(dǎo)致風(fēng)速計頻繁報風(fēng)速計結(jié)冰故障，致使測量值與實際值偏差較大。因為公式中風(fēng)能功率與風(fēng)速立方成正比，檢測風(fēng)速與實際風(fēng)速過小，影響實際的功率。4.優(yōu)化方案4.1葉片零位校準(zhǔn)在風(fēng)機定檢過程中，增加

8、葉片校零項目，保證三個葉片的設(shè)計最佳安裝角度與輪轂刻度線嚴(yán)格對準(zhǔn)，偏差小于0.5°。由于部分葉片與設(shè)計最佳安裝角度不一致，葉片校準(zhǔn)0°時應(yīng)該使設(shè)計安裝角度與輪轂刻度線對準(zhǔn)。4.2風(fēng)向標(biāo)校準(zhǔn)（1）根據(jù)定檢消缺項目，依據(jù)現(xiàn)場實際情況，排查風(fēng)向標(biāo)運行情況。出現(xiàn)卡澀的風(fēng)向標(biāo)建議更換同廠家型號的風(fēng)向標(biāo)。（2）對運行正常的風(fēng)向標(biāo)，重新零位校準(zhǔn)。使風(fēng)向標(biāo)正對機艙機頭，觀察主控顯示角度偏差在±1°以內(nèi)。（3）主控參數(shù)核對：根據(jù)各廠家風(fēng)速儀參數(shù)的偏移量，核對主控參數(shù)。（4）制作風(fēng)向標(biāo)底座支架，更換雷奧和松源風(fēng)向標(biāo)后，采用制作的底座支架固定。避免風(fēng)向標(biāo)出現(xiàn)偏移。4.3風(fēng)速計

9、更換和參數(shù)核對修改（1）針對風(fēng)速計卡澀引起的風(fēng)速測量誤差問題。建議統(tǒng)一更換新的同一廠家的風(fēng)速計。（2）根據(jù)機組所安裝的不同廠家的風(fēng)速計，核對主控系統(tǒng)風(fēng)速計參數(shù)設(shè)定值。出現(xiàn)廠家和參數(shù)值不統(tǒng)一的進行修改。4.4變頻器4-20ma校準(zhǔn)在處理完畢風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計問題，通過后期觀察，根據(jù)判斷再進行4-20ma校準(zhǔn)主控與變頻器之間的4-20ma信號校準(zhǔn)，確保力矩偏差在±3nm以內(nèi)。5結(jié)論本文通過對中廣核新能源西北分公司干東一風(fēng)電場133臺東汽fd1500-77a型風(fēng)機影響功率曲線的研究，在理論層面介紹了影響功率曲線的四個原因。結(jié)合現(xiàn)場實際，對133臺風(fēng)機實際功率曲線與理論功率曲線進行對比，主控參數(shù)進行核查，風(fēng)速計1、2角度偏差進行核查等手段，得出優(yōu)化功率曲線的四項舉措：葉片零位校準(zhǔn);風(fēng)向標(biāo)校準(zhǔn);風(fēng)速計更換和參數(shù)核對;變頻器4-20ma校準(zhǔn)。通過以上優(yōu)化舉措，對中廣核新能源西北分公司干東一風(fēng)電場133臺風(fēng)機功率曲線進行了整體優(yōu)化，使干東一風(fēng)電場133臺風(fēng)機實際功率曲線合格率達到了90%以上。參考文獻1