基于風(fēng)速時(shí)間組合死區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)再切入控制

尹祖亮， 蘇 盛， 滕明星， 陳 眾， 楊洪明

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510006)

基于風(fēng)速時(shí)間組合死區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)再切入控制

尹祖亮1,2， 蘇 盛1,2， 滕明星1,2， 陳 眾1， 楊洪明1

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510006)

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可能因風(fēng)速波動(dòng)而反復(fù)啟動(dòng)和切出停機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)的安全性和可靠性構(gòu)成突出威脅。因臺(tái)風(fēng)時(shí)風(fēng)速變化率大，現(xiàn)行單獨(dú)采用風(fēng)速死區(qū)的再切入控制方法難以有效避免風(fēng)機(jī)反復(fù)啟停。提出了基于風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)再切入控制方法，采用減少單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為確定控制方案參數(shù)設(shè)置提供輔助參考。根據(jù)香港長(zhǎng)洲氣象站10 min平均風(fēng)速展開的分析表明，基于風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的再切入控制在減少切出次數(shù)和損失停機(jī)時(shí)間上均明顯優(yōu)于目前單獨(dú)采用風(fēng)速死區(qū)方案，有效避免高風(fēng)速下頻繁啟停造成的磨損與老化，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性和安全性，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組； 組合死區(qū)； 再切入風(fēng)速

0 引 言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多處于山野，運(yùn)行環(huán)境惡劣，故障率高，不但檢修維護(hù)費(fèi)用高昂，還會(huì)因故障停機(jī)會(huì)降低機(jī)組可用率，影響并網(wǎng)發(fā)電[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，陸上發(fā)電機(jī)的可用率一般在95%至99%之間。因海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)不如陸上機(jī)組成熟，且檢修維護(hù)還需要視海況擇期出海，可用率顯著低于陸上風(fēng)電場(chǎng)[2]，有的海上風(fēng)電場(chǎng)可用率甚至僅在60%至70%之間。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，海上風(fēng)電場(chǎng)檢修維護(hù)成本高達(dá)風(fēng)電場(chǎng)售電總收入的30%。因海上檢修維護(hù)困難，降低海上風(fēng)電場(chǎng)檢修成本的最佳途徑是盡量降低故障的發(fā)生概率。

海上風(fēng)電場(chǎng)易受臺(tái)風(fēng)侵襲。強(qiáng)熱帶風(fēng)暴條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組承受的機(jī)械載荷有顯著增加，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全性和可靠性[3-5]。為避免強(qiáng)風(fēng)條件下承受超設(shè)計(jì)值的風(fēng)載荷，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)置有切出風(fēng)速(多為25 m/s)。當(dāng)檢測(cè)到風(fēng)速大于切出風(fēng)速時(shí)順漿剎車停機(jī)。當(dāng)風(fēng)速在切出風(fēng)速上下波動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)將頻繁啟停，可能明顯提高風(fēng)電機(jī)組的故障概率。

為避免風(fēng)機(jī)在強(qiáng)風(fēng)條件下頻繁啟停，近年來，風(fēng)機(jī)廠商開始引入風(fēng)速死區(qū)[6]，即在風(fēng)機(jī)遭遇強(qiáng)風(fēng)切出停機(jī)后，設(shè)置低于切出風(fēng)速的再切入風(fēng)速(多為23 m/s)，只有當(dāng)風(fēng)速低于該值時(shí)才重新啟動(dòng)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。因臺(tái)風(fēng)條件下風(fēng)速變化率較大，2 m/s的風(fēng)速死區(qū)并不一定能有效避免機(jī)組反復(fù)啟停。因強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過境一般會(huì)持續(xù)2～3 h，也可設(shè)置再切入的時(shí)間死區(qū)，判斷風(fēng)速持續(xù)低于再切入風(fēng)速超過一定時(shí)間后再行啟動(dòng)。

圖1中，紅色虛線和藍(lán)色實(shí)線為再切入風(fēng)速死區(qū)的上下限，灰色陰影區(qū)為時(shí)間死區(qū)(30 min)。由圖可見，單獨(dú)采用風(fēng)速死區(qū)時(shí)風(fēng)機(jī)將在330 min時(shí)啟動(dòng)然后馬上停機(jī)，如疊加時(shí)間死區(qū)則可有效避免。

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)切出-再切入死區(qū)Fig.1 Dead band in cutout and recutin of wind turbines

需要指出的是，以上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組切出次數(shù)的減少實(shí)際上是以增加停機(jī)時(shí)間、減少發(fā)電出力為代價(jià)換取的。設(shè)置較寬的風(fēng)速、時(shí)間死區(qū)雖然能減少切出次數(shù)，提高可靠性，間接降低維護(hù)費(fèi)用和因故障停機(jī)造成的電量損失；但也會(huì)延長(zhǎng)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴前后接近滿發(fā)條件下的停機(jī)時(shí)間，直接減少發(fā)電量。需要綜合分析不同方案下切出次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，方可優(yōu)化風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的參數(shù)設(shè)置。

本文利用沿海氣象站風(fēng)速數(shù)據(jù)，深入分析風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)對(duì)切出次數(shù)和發(fā)電出力影響的規(guī)律，進(jìn)而提出了風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的設(shè)置方法。

1 風(fēng)速數(shù)據(jù)

我國(guó)東南沿海地區(qū)風(fēng)力資源充沛，是近年風(fēng)能資源開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，未來還將重點(diǎn)建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)。需要指出的是，該區(qū)域也是我國(guó)主要強(qiáng)熱帶風(fēng)暴登陸地。強(qiáng)熱帶風(fēng)暴登陸時(shí)，嚴(yán)重威脅沿線風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全性，屢屢造成風(fēng)機(jī)葉片折損乃至整機(jī)倒塔的安全事故。

珠江口外伶仃洋一帶建設(shè)有198 MW的桂山海上風(fēng)電場(chǎng)，相去不遠(yuǎn)的香港南丫島也規(guī)劃建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)。該地域易遭強(qiáng)熱帶風(fēng)暴侵襲，亟待研究適用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)再切入控制策略。香港長(zhǎng)洲氣象站位于南丫島和桂山海上風(fēng)電場(chǎng)之間[6]，遠(yuǎn)離人口稠密地區(qū)，無明顯建筑物遮擋，記錄的風(fēng)速數(shù)據(jù)能較真實(shí)地反應(yīng)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過境時(shí)的風(fēng)速波動(dòng)情況，其位置示意如圖2。本文選取該站點(diǎn)觀測(cè)風(fēng)速，研究適用于當(dāng)?shù)貧庀筇卣鞯娘L(fēng)機(jī)在切入控制策略。

圖2 風(fēng)電場(chǎng)地理位置Fig.2 HK wind farm location

長(zhǎng)洲氣象站記錄有1992年3月30日到2013年5月8日的10米高度10 min平均風(fēng)速。因近地層風(fēng)速存在沿海拔變化的風(fēng)切變，可用式(1)將測(cè)量風(fēng)速折算到風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)速。

(1)

式中：h0為地表粗糙度長(zhǎng)度；h1為需要折算的氣象站地面10米測(cè)風(fēng)高度；h2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂高度；v為對(duì)應(yīng)高度的風(fēng)速值。

地表粗糙度長(zhǎng)度表征來自地面的摩擦效應(yīng)，是決定近地層風(fēng)速梯度的主要參數(shù)，與地表特征密切相關(guān)[7]。因長(zhǎng)洲島上覆蓋大面積林地，可取其h0為300 mm。風(fēng)機(jī)輪轂高度h2可按現(xiàn)代大功率海上風(fēng)機(jī)取值80 m。由式(1)可得：

v(h2)=1.534v(h1)

(2)

根據(jù)式(2)可以將10 m高空風(fēng)速數(shù)據(jù)折算到輪轂高度風(fēng)速，用于分析不同的風(fēng)速和時(shí)間死區(qū)組合對(duì)鄰近海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)切出再啟動(dòng)的控制效果。

2 長(zhǎng)期風(fēng)速變化分析

根據(jù)折算的長(zhǎng)洲氣象站風(fēng)速數(shù)據(jù)，1992至2013年間鄰近風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在無風(fēng)速和死區(qū)條件下累計(jì)切出299次，折合每年切出13次。以前后兩次風(fēng)速大于25 m/s的間隔2 h為界，可將間隔時(shí)間大于2 h的切出視為無法通過死區(qū)消除的風(fēng)機(jī)切出動(dòng)作。對(duì)風(fēng)機(jī)輪轂高度風(fēng)速的分析表明，有高達(dá)198次切出動(dòng)作間隔時(shí)間在2 h以內(nèi)，可能通過死區(qū)設(shè)置予以消減；而間隔時(shí)間大于2 h無法消減的切出動(dòng)作為101次。

采用風(fēng)速死區(qū)可在一定程度上減少切出次數(shù)。為分析風(fēng)速死區(qū)下切出次數(shù)的下降規(guī)律。以0.5 m/s為步長(zhǎng)，設(shè)置再切入風(fēng)速?gòu)?4.5 m/s到20.0 m/s十種死區(qū)，計(jì)算每種死區(qū)下的切出次數(shù)。因減少切出次數(shù)是以降低發(fā)電出力時(shí)間為代價(jià)取得的，也計(jì)算每種死區(qū)下較無死區(qū)時(shí)增加的停機(jī)時(shí)間。因臺(tái)風(fēng)前后停機(jī)時(shí)間下多為風(fēng)電機(jī)組可按額定功率出力的高風(fēng)速風(fēng)況，為簡(jiǎn)化分析，近似認(rèn)為設(shè)置死區(qū)引起的停機(jī)時(shí)間等效于滿發(fā)時(shí)間的減少。根據(jù)前述分析，將不同風(fēng)速死區(qū)下的切出次數(shù)、引起的停機(jī)時(shí)間及對(duì)應(yīng)每減少一次切出損失的滿發(fā)時(shí)間繪制如圖3，詳情列如表1。由圖表可見：

引入風(fēng)速死區(qū)對(duì)降低切出次數(shù)有明顯作用。按風(fēng)機(jī)常用的23 m/s設(shè)置再切入風(fēng)速時(shí)，切出次數(shù)可從299次減少111次下降為188次，但距離最低可能的101次仍有相當(dāng)?shù)南麥p空間。當(dāng)再切入風(fēng)速下降到20 m/s時(shí)，切出次數(shù)可低至113次。

增大風(fēng)速死區(qū)對(duì)降低切出次數(shù)的貢獻(xiàn)有一定遞減效應(yīng)。風(fēng)速死區(qū)在22.5 m/s以上時(shí)，每增加0.5 m/s死區(qū)減少的切出次數(shù)在18到46次間，均值為26.6次；此后最多為14次，均值為10.6次。

采用不同風(fēng)速死區(qū)與其引起的停機(jī)時(shí)間近似呈線性關(guān)系，當(dāng)風(fēng)速死區(qū)設(shè)置為20 m/s時(shí)，由風(fēng)速死區(qū)引起的停機(jī)時(shí)間為221 h。

因增大風(fēng)速死區(qū)對(duì)降低切出次數(shù)存在飽和效應(yīng)，對(duì)應(yīng)降低切出次數(shù)的成本也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。風(fēng)速死區(qū)設(shè)置為常規(guī)的23 m/s時(shí)，每減少一次切出將損失0.74 h的滿發(fā)電量，而風(fēng)速死區(qū)設(shè)置到20 m/s時(shí)，損失將達(dá)到1.19 h滿發(fā)電量。

圖3 不同風(fēng)速死區(qū)下切出次數(shù)與停機(jī)時(shí)間Fig.3 Times of cutout & parking time with various re-cutin speed

Tab.1 Times of cutout and induced parking time & power loss with various re-cutin speed

再切入風(fēng)速/m·s-1切出次數(shù)停機(jī)時(shí)間/h切出次數(shù)成本/(h/次)250299--2452532367051240235388306123521163830732301888183074225166106170802201531248308621513914750092210126178671032051201953310920011322100119

由表可見，即便設(shè)置20 m/s再切入風(fēng)速死區(qū)，切出次數(shù)仍有113次。作者認(rèn)為臺(tái)風(fēng)時(shí)風(fēng)速變化率大可能是風(fēng)速死區(qū)效果不彰的原因。氣象學(xué)上將17.2 m/s以上風(fēng)速稱為熱帶風(fēng)暴或臺(tái)風(fēng)[8]，以下以此為臨界點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析高、低風(fēng)速條件下的10 min風(fēng)速變化率，并將其繪制如圖4所示。

圖4中，紅色柱形圖表征高風(fēng)速變化率分布，灰色柱形圖表征低風(fēng)速變化率分布。由圖可見：

各種風(fēng)速條件下風(fēng)速變化率均呈快速衰減趨勢(shì)，絕大多數(shù)時(shí)間的風(fēng)速變化率較小。

低風(fēng)速條件下，99.1%的10 min風(fēng)速變化率集中在3 m/s以下；其中，1 m/s以下的占80.8%，1 m/s至2 m/s之間的占15.5%，而2 m/s的至3 m/s之間的占2.7%。

高風(fēng)速時(shí)，10 min風(fēng)速變化率分布較分散。10 min風(fēng)速變化率小于3 m/s的僅占91.4%。，而小于5 m/s的也只占到97.9%。因此，簡(jiǎn)單降低再切入風(fēng)速并不一定能有效減少臺(tái)風(fēng)下的切出次數(shù)。

圖4 高、低風(fēng)速10 min風(fēng)速變化率分布Fig.4 Distribution of wind variation with high/low wind regime

3 時(shí)間死區(qū)效益分析

高風(fēng)速條件下10 min風(fēng)速變化率大，因此在風(fēng)電場(chǎng)遭遇臺(tái)風(fēng)時(shí)風(fēng)電機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)很可能出現(xiàn)多次切出，表2中統(tǒng)計(jì)了10 min到120 min內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)連續(xù)兩次切出再切入的次數(shù)。

表2 各時(shí)間區(qū)間內(nèi)連續(xù)切出再啟動(dòng)次數(shù)

根據(jù)表2可知，60 min內(nèi)連續(xù)切出再切入次數(shù)次數(shù)占87.6%。風(fēng)機(jī)的切出再切入主要集中在第一次切出后的較短時(shí)間內(nèi)，結(jié)合臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)過境持續(xù)時(shí)間短這一特點(diǎn)，為了便于分析計(jì)算在2小時(shí)內(nèi)，以10 min為步長(zhǎng)，設(shè)置再切入時(shí)間死區(qū)從10 min到110 min十一種時(shí)間死區(qū)，計(jì)算每種死區(qū)下的切出次數(shù)、增加的停機(jī)時(shí)間及對(duì)應(yīng)每減少一次切出損失的滿發(fā)時(shí)間，繪制如圖5，詳情列如表3。由圖表可見：

圖5 不同時(shí)間死區(qū)下切出次數(shù)與停機(jī)時(shí)間Fig.5 Times of cutout and parking time with various dead time

增大時(shí)間死區(qū)對(duì)降低切出次數(shù)的貢獻(xiàn)有明顯的飽和遞減效應(yīng)。在60 min以內(nèi)增大時(shí)間死區(qū)能明顯降低切出次數(shù)，減少的切出次數(shù)占總切出次數(shù)的59%，此后效益非常有限。這可能是強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過境持續(xù)時(shí)間多在2 h以內(nèi)造成的。

增大時(shí)間死區(qū)與其造成的停機(jī)時(shí)間有明顯線性關(guān)系。增大時(shí)間死區(qū)后，降低單位切出次數(shù)的成本隨之增加；采用60 min時(shí)間死區(qū)時(shí)，減少單位次數(shù)切出損失0.89 h滿發(fā)電量；而采用110 min死區(qū)時(shí)，損失達(dá)到1.26 h滿發(fā)電量。因60 min以上時(shí)間死區(qū)對(duì)降低切出次數(shù)效果已不甚明顯，可考慮選擇60 min及以內(nèi)時(shí)間死區(qū)。

表3不同時(shí)間死區(qū)下切出次數(shù)與電量損失

Tab.3 Times of cutout and induced parking time & power loss with various dead time

死區(qū)時(shí)間/min切出次數(shù)停機(jī)時(shí)間/h切出次數(shù)成本/(h/次)0299--1021235670422017564830523015690830644014611517075501341375008360122157830897011417683096801131956710590110214001131001052315011911010124900126

4 風(fēng)速時(shí)間組合死區(qū)效益分析

由前節(jié)分析可見，不論采用風(fēng)速死區(qū)還是時(shí)間死區(qū)，都存在一定的飽和效應(yīng)。實(shí)際上，有可能利用兩種死區(qū)的組合來以較小的停機(jī)時(shí)間損失為代價(jià)換取最大可能的消減切出次數(shù)。

以0.5 m/s為步長(zhǎng)，從24.5 m/s到20.0 m/s設(shè)置死區(qū)風(fēng)速，與從10 min到110 min設(shè)置時(shí)間死區(qū)進(jìn)行組合，仿真計(jì)算了每種組合下的切出次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，分別將其繪制如圖6和圖7所示。

圖6 組合死區(qū)下的切出次數(shù)Fig.6 Times of cutout with various dead time & dead band

圖7 組合死區(qū)下的停機(jī)時(shí)間Fig.7 Parking time with various dead time & dead band

由圖可見：

風(fēng)速死區(qū)、時(shí)間死區(qū)和切出次數(shù)構(gòu)成的二次曲面呈拋物面狀，風(fēng)速和時(shí)間死區(qū)較小時(shí)切出次數(shù)快速下降，時(shí)間死區(qū)在60 min以上及再切入風(fēng)速在22 m/s以下時(shí)擴(kuò)大死區(qū)對(duì)減小切出次數(shù)的作用明顯劣化。

風(fēng)速、時(shí)間死區(qū)和停機(jī)時(shí)間構(gòu)成的二次曲面呈平面狀，停機(jī)時(shí)間大致和風(fēng)速及時(shí)間死區(qū)的寬度成比例。

因有限的風(fēng)速和時(shí)間死區(qū)對(duì)停機(jī)時(shí)間影響不大，又能有效降低切出次數(shù)，可以通過設(shè)置少量的風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)提升控制效果。

選擇風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的目標(biāo)是在可接受的停機(jī)時(shí)間范圍內(nèi)最小化切出次數(shù)。采用圖6、圖7的3D立體圖難以直觀判斷選擇合適的組合死區(qū)設(shè)置。為方便判斷，根據(jù)前述仿真數(shù)據(jù)計(jì)算減少單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間，以此為指標(biāo)繪制等值圖如圖8，并將幾種對(duì)比方案的再切入風(fēng)速、時(shí)間死區(qū)及對(duì)應(yīng)的切出次數(shù)和減少單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間列如表4。

圖8中，橫坐標(biāo)為死區(qū)時(shí)間，縱坐標(biāo)為再切入風(fēng)速，圖中線條為減少單位切出次數(shù)平均損失停機(jī)時(shí)間等高線，等高線上數(shù)值為減少單位切出次數(shù)平均損失的滿發(fā)小時(shí)數(shù)。由圖表可見：

圖8 減少單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間分布圖Fig.8 Distribution of parking hour per reduction in re-cutout

方案再切入風(fēng)速/m·s-1時(shí)間死區(qū)/min切出次數(shù)切出次數(shù)成本/(h/次)A2301880737B24101690295C2101261033D22301050951E23501050991F24601060999G25901101035

采用常用的23 m/s再切入風(fēng)速死區(qū)方案A時(shí)，切出次數(shù)僅從299次下降到188次，遠(yuǎn)未接近不可消減的101次切出，而對(duì)應(yīng)的減少單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間卻高達(dá)0.737 h。

在風(fēng)速和時(shí)間死區(qū)都較小的左上角，設(shè)置組合死區(qū)降低次數(shù)所需付出的停機(jī)時(shí)間損失較小。如采用24 m/s再切入風(fēng)速、10 min死區(qū)時(shí)間的B方案，減少單次切出的停機(jī)時(shí)間損失僅為0.295 h，而其對(duì)應(yīng)的切出次數(shù)為169次，遠(yuǎn)低于A方案。

確定組合死區(qū)方案時(shí)，可接受的減少單位次數(shù)切出損失停機(jī)時(shí)間是關(guān)鍵指標(biāo)。如選擇減少單位次數(shù)切出可付出1.0 h左右的滿發(fā)電量損失，可選的方案有C(21 m/s再切入風(fēng)速、無死區(qū)時(shí)間)、D(22 m/s再切入風(fēng)速、30 min死區(qū)時(shí)間)、E(23 m/s再切入風(fēng)速、50 min死區(qū)時(shí)間)、F(24 m/s再切入風(fēng)速、60 min死區(qū)時(shí)間)和G(無再切入風(fēng)速、90 min死區(qū)時(shí)間)等五種。其中C方案和G方案僅采用單種死區(qū)，無論是減少的再切入次數(shù)(169次和110次)還是付出的滿發(fā)電量損失(1.033 h和1.035 h)均劣于其它三種方案。另三種方案的切出次數(shù)和損失電量較為接近，且切出次數(shù)已非常接近于不可消減切出次數(shù)(101次)，均可視為可行方案。

5 結(jié) 論

針對(duì)臺(tái)風(fēng)條件下風(fēng)速變化率較大、單獨(dú)采用風(fēng)速死區(qū)難以有效避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組反復(fù)切出停機(jī)的問題，提出基于風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)的再切入控制方法。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行的仿真分析表明，根據(jù)可接受的單位切出次數(shù)損失滿發(fā)時(shí)間選擇風(fēng)速、時(shí)間組合死區(qū)可顯著降低臺(tái)風(fēng)下風(fēng)機(jī)啟停次數(shù)，效果明顯優(yōu)于現(xiàn)行單獨(dú)采用風(fēng)速死區(qū)的再切入控制策略。單位切出次數(shù)損失停機(jī)時(shí)間為確定組死區(qū)設(shè)置的關(guān)鍵，本文根據(jù)香港地區(qū)風(fēng)速數(shù)據(jù)選擇1 h停機(jī)時(shí)間為依據(jù)確定死區(qū)參數(shù)設(shè)置。

本文是以海上風(fēng)場(chǎng)盡可能排除導(dǎo)致故障因素為前提展開分析。實(shí)際上諸多因素均可引起風(fēng)機(jī)故障，強(qiáng)風(fēng)下反復(fù)切出和故障檢修之間關(guān)系缺乏量化分析。

風(fēng)機(jī)故障引起的損失電量是由當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源條件及風(fēng)資源的季節(jié)性分析共同決定的。廣東沿海風(fēng)資源條件劣于閩浙沿海，高風(fēng)速滿發(fā)時(shí)段集中在夏季強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過境期間，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)再切入時(shí)間死區(qū)將導(dǎo)致高風(fēng)速時(shí)段停機(jī)，可能對(duì)年利用小時(shí)數(shù)產(chǎn)生較明顯的影響；而閩浙沿海高風(fēng)速時(shí)段集中在秋、冬季節(jié)，夏季平均風(fēng)速最小。有可能選擇較長(zhǎng)的再切入時(shí)間死區(qū)也不會(huì)對(duì)年利用小時(shí)數(shù)產(chǎn)生明顯影響。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)型選擇在很大程度上決定了抗臺(tái)風(fēng)的效果。在再切入組合死區(qū)的設(shè)置也應(yīng)考慮不同機(jī)型可能的影響。

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Re-cutin Control of Wind Turbines Based on Wind Speed and Dead Time

YIN Zuliang1,2, SU Sheng1,2, TENG Mingxing1,2, CHEN Zhong1, YANG Hongming1

(1. Hunan Key Laboratory of Smart Grids Operation and Control,Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114,China; 2. Guangdong Key Laboratory of Green Energy Technology, Guangzhou 510006,China)

Wind turbines may cut out and re-cutin repeatedly once the wind fluctuates around the cutout speed. The excessive stress induced by frequent cut out and re-cutin may enhance the chance of component failure and negatively impact reliability of wind turbines. This paper proposes a re-cutin control method of wind turbine on the basisi of wind speed and dead time so as to avoid frequent cut out of wind turbines. The induced parking time per reduction in cut-out are utilized to determine parameters configuration. In accordance with the 10-minute wind data in HK, it analyzes the performance of the proposed method. It shows that the proposed method outperforme the existing approach in both reductions in time of cut out and the cost of parking time. With this mehod, the wear caused by frequent cut out can be avioded to a large degree, and the reliability and safety of wind turbines can be enhanced.

wind turbine unit; combined dead zone; re-cutin wind speed

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2017.05.07

TM614

A

1007-2691(2017)05-0048-06

2017-03-08.

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(71331001)；湖南省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016WK2016)；湖南省教育廳科研項(xiàng)目(14K002;2014ZNDL003).

尹祖亮(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行分析與控制；蘇盛(1975-)，男，教授，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘與分析的研究等；滕明星(1993-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)信息安全。