風力發電機組功率曲線優化研究

朱振海

摘要：本文以干東一風電場133臺東汽FD1500-77A風機功率曲線不達標為研究對象，依據風能功率的公式，分析風功率不達標主要因素為葉片角度校準，發電機力矩、轉速校準偏差，風向標問題，以優化風電機組功率曲線。

關鍵字：風力發電機組;功率曲線;優化方案

Optimization of Power Curve of Wind Turbine

（ CGNNE gansu branch? Daliang and Gandong no.1 Wind Farm? Jiuquan City? Gansu 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 deviation. Wind vane problem to optimize wind turbine power curve

Keywords：wind turbine;Power curve; Optimize Program

1.前言

中廣核新能源西北分公司干東一風電場安裝有133臺東汽FD1500-77A風力發電機組，采用巴赫曼主控制系統系統，至今已運行超過九年。隨著風機運行時間的增加，單臺風機功率曲線與理論值不達標的問題日益突出，為此，本文就東汽巴赫曼系統單臺風機功率曲線不達標進行優化。

2.風能功率介紹

風能的功率為：（式一）

單位時間內，風力質量：（式二）。

所以風功率：（式三）。

其中：為風功率;為空氣密度;為機組葉輪的掃風面積;為風速。

而風力發電機組的功率：（式四）

其中：為風力發電機組的功率;為風能吸收系數;為機組效率。

從式四可以看出，風力發電機組功率的功率和空氣密度、葉輪的掃風面積、風速、風能吸收系數和機組效率有關。

3.影響功率曲線原因

3.1密度對功率曲線的影響

根據? （為空氣氣壓（單位Pa）（式五）;

為絕對熱力學溫度（單位K，即攝氏溫度加上273K）;

為空氣的比氣體常數，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?，所以現場以1.09kg/m?密度對的應功率曲線作為參考，來調整功率曲線。

干東巴赫曼控制系統，功率曲線計算，采用控制算法。根據實時溫度的變化，計算密度值。通過密度和風速的變化，計算不同風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確。

3.2葉片零位校準影響

影響風電機組風能吸收系數的主要因素為葉尖速比和槳葉角度，當槳葉角度為0°，且運行于最佳葉尖速比時機組具有最大的風能吸收系數。定檢維護時，葉片校準0°不合適，影響風能吸收系數。進而導致功率曲線偏差。

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、功率因數給定、轉速等，出現偏差。從而使功率曲線出現偏差。

P = Q*n/9550? （式六） 其中：P為發電機功率，Q為轉矩，n為轉速。

3.4風向標的影響

機組運行時風向標跟蹤穩定變化的風向，使葉輪對準風向，從而獲得最大的風能。當風向標測量數據偏差時，機組偏離風向。葉輪平面與風向產生夾角&。則垂直葉輪平面的風速V=實際風速*sin&。風速變化，導致機組功率受到影響。

風向標出現卡澀，導致偏航對風角度出現偏差。由于風向標存在偏差等原因，直接導致機組在運行時，吸收的能量降低。從而影響功率曲線。3.5風速儀卡澀和風速儀參數設置不正確的影響

（1）由于風速計使用時間長，風速計軸承出現卡澀現象。嚴重的報“風速不一致”或“風速計結冰”。但是輕微卡澀，不觸發故障。導致風速計測量數據有偏差。風速計測量的風速出現誤差，直接影響機組的功率輸出。

（2）不同品牌的風速儀，其增益和偏移參數不同，增益及偏移系數直接影響風速的計算和功率曲線?，F場更換不同品牌備件后需要正確修改風速儀參數，使系統獲得正確的風速數據。更換后的風速計與系統設置的參數，不屬于同一廠家。

3.6風速儀1、2偏差影響

（1）由于風速計1與風速計2之間所測風速相差較大，導致影響實際風速的測量。

（2）由于風速計運行時間較長，容易造成風速計老化而產生軸承卡澀，導致風速計頻繁報風速計結冰故障，致使測量值與實際值偏差較大。因為公式中風能功率與風速立方成正比，檢測風速與實際風速過小，影響實際的功率。

4.優化方案

4.1葉片零位校準

在風機定檢過程中，增加葉片校零項目，保證三個葉片的設計最佳安裝角度與輪轂刻度線嚴格對準，偏差小于0.5°。由于部分葉片與設計最佳安裝角度不一致，葉片校準0°時應該使設計安裝角度與輪轂刻度線對準。

4.2風向標校準

（1）根據定檢消缺項目，依據現場實際情況，排查風向標運行情況。出現卡澀的風向標建議更換同廠家型號的風向標。

（2）對運行正常的風向標，重新零位校準。使風向標正對機艙機頭，觀察主控顯示角度偏差在±1°以內。

（3）主控參數核對：

根據各廠家風速儀參數的偏移量，核對主控參數。

（4）制作風向標底座支架，更換雷奧和松源風向標后，采用制作的底座支架固定。避免風向標出現偏移。

4.3風速計更換和參數核對修改

（1）針對風速計卡澀引起的風速測量誤差問題。建議統一更換新的同一廠家的風速計。

（2）根據機組所安裝的不同廠家的風速計，核對主控系統風速計參數設定值。出現廠家和參數值不統一的進行修改。

4.4變頻器4-20mA校準

在處理完畢風向標和風速計問題，通過后期觀察，根據判斷再進行4-20mA校準主控與變頻器之間的4-20mA信號校準，確保力矩偏差在±3Nm以內。

5結論

本文通過對中廣核新能源西北分公司干東一風電場133臺東汽FD1500-77A型風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。結合現場實際，對133臺風機實際功率曲線與理論功率曲線進行對比，主控參數進行核查，風速計1、2角度偏差進行核查等手段，得出優化功率曲線的四項舉措：葉片零位校準;風向標校準;風速計更換和參數核對;變頻器4-20mA校準。通過以上優化舉措，對中廣核新能源西北分公司干東一風電場133臺風機功率曲線進行了整體優化，使干東一風電場133臺風機實際功率曲線合格率達到了90%以上。

參考文獻

[1] 王志新， 張華強. 風力發電技術與功率控制策略研究[J]. 自動化儀表， 2008， 29（11）：1-6.

[2]張課. 基于葉尖速比控制的風力發電的最大風能捕獲分析[J]. 科技信息， 2012（2）：10-10.

[3]柯擁勤. 風電場風速及風電功率預測研究[D]. 華北電力大學， 2012.