風力發(fā)電機組功率曲線優(yōu)化研究

朱振海

摘要：本文以干東一風電場133臺東汽FD1500-77A風機功率曲線不達標為研究對象，依據(jù)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(fā)電機力矩、轉(zhuǎn)速校準偏差，風向標問題，以優(yōu)化風電機組功率曲線。

關(guān)鍵字：風力發(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? 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(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(tǒng)單臺風機功率曲線不達標進行優(yōu)化。

2.風能功率介紹

風能的功率為：（式一）

單位時間內(nèi)，風力質(zhì)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(fā)電機組的功率：（式四）

其中：為風力發(fā)電機組的功率;為風能吸收系數(shù);為機組效率。

從式四可以看出，風力發(fā)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(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(shù)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(shù)。定檢維護時，葉片校準0°不合適，影響風能吸收系數(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)電機功率，Q為轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速。

3.4風向標的影響

機組運行時風向標跟蹤穩(wěn)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(shù)據(jù)偏差時，機組偏離風向。葉輪平面與風向產(chǎn)生夾角&。則垂直葉輪平面的風速V=實際風速*sin&。風速變化，導(dǎo)致機組功率受到影響。

風向標出現(xiàn)卡澀，導(dǎo)致偏航對風角度出現(xiàn)偏差。由于風向標存在偏差等原因，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風速儀卡澀和風速儀參數(shù)設(shè)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(xiàn)卡澀現(xiàn)象。嚴重的報“風速不一致”或“風速計結(jié)冰”。但是輕微卡澀，不觸發(fā)故障。導(dǎo)致風速計測量數(shù)據(jù)有偏差。風速計測量的風速出現(xiàn)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(shù)不同，增益及偏移系數(shù)直接影響風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速儀參數(shù)，使系統(tǒng)獲得正確的風速數(shù)據(jù)。更換后的風速計與系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，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(dǎo)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(chǎn)生軸承卡澀，導(dǎo)致風速計頻繁報風速計結(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(yōu)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(shè)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(shè)計最佳安裝角度不一致，葉片校準0°時應(yīng)該使設(shè)計安裝角度與輪轂刻度線對準。

4.2風向標校準

（1）根據(jù)定檢消缺項目，依據(jù)現(xiàn)場實際情況，排查風向標運行情況。出現(xiàn)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(nèi)。

（3）主控參數(shù)核對：

根據(jù)各廠家風速儀參數(shù)的偏移量，核對主控參數(shù)。

（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(xiàn)偏移。

4.3風速計更換和參數(shù)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(tǒng)一更換新的同一廠家的風速計。

（2）根據(jù)機組所安裝的不同廠家的風速計，核對主控系統(tǒng)風速計參數(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

在處理完畢風向標和風速計問題，通過后期觀察，根據(jù)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(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(jié)合現(xiàn)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(shù)進行核查，風速計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;風向標校準;風速計更換和參數(shù)核對;變頻器4-20mA校準。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電場133臺風機功率曲線進行了整體優(yōu)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

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