風(fēng)電機(jī)組緊急停機(jī)不直接甩負(fù)載對(duì)載荷的影響分析

摘要：我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新時(shí)代的同時(shí)也進(jìn)入了平價(jià)時(shí)代，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)葉片、高塔筒、大容量機(jī)組是趨勢(shì)所在，但是風(fēng)機(jī)常常運(yùn)行在相對(duì)較為惡劣的外部環(huán)境中，這就造成機(jī)組載荷越來越大，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行構(gòu)成很大的安全隱患，給業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益帶來負(fù)面影響。本文針對(duì)dlc5.1緊急停機(jī)工況，基于Bladed4.8環(huán)境下仿真計(jì)算。對(duì)比分析在觸發(fā)緊急停機(jī)過程中，發(fā)電機(jī)直接甩負(fù)載和延遲甩負(fù)載對(duì)機(jī)組運(yùn)行以及機(jī)組載荷的影響。通過仿真驗(yàn)證其效果，得出結(jié)論：緊急停機(jī)時(shí)不直接甩負(fù)載可有效減小機(jī)組振動(dòng)，從而減小機(jī)組載荷，改善機(jī)組運(yùn)行狀況。

關(guān)鍵詞：甩負(fù)載;仿真驗(yàn)證

1引言

我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用起源于20世紀(jì)70年代，但是在國(guó)家的大力支持和倡導(dǎo)下，近些年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，并且取得了很大的進(jìn)展[1]?？稍偕茉粗饾u代替常規(guī)能源，可以改善生存環(huán)境，造福人類，提高我們的生活水平[2] [3]。

“3060”計(jì)劃的提出，標(biāo)志著我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新時(shí)代，同時(shí)也進(jìn)入了平價(jià)時(shí)代，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)葉片、高塔筒、大容量機(jī)組是趨勢(shì)所在，但是風(fēng)機(jī)常常運(yùn)行在相對(duì)較為惡劣的外部環(huán)境中，這就造成機(jī)組載荷越來越大，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行構(gòu)成很大的安全隱患，給業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益帶來負(fù)面影響。本文針對(duì)dlc5.1緊急停機(jī)工況（工況設(shè)置根據(jù)IEC61400-1[4]第3版載荷工況設(shè)置），基于Bladed4.8[5]環(huán)境下仿真計(jì)算。對(duì)比分析在觸發(fā)緊急停機(jī)過程中，發(fā)電機(jī)直接甩負(fù)載和延遲甩負(fù)載對(duì)機(jī)組運(yùn)行以及機(jī)組載荷的影響。

2基本原理

工況簡(jiǎn)介：DLC5.1工況，緊急停機(jī)工況，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)速?gòu)念~定風(fēng)速減2m/s風(fēng)速到切出風(fēng)速范圍內(nèi)的正常湍流風(fēng)況（Normal turbulence model ， 簡(jiǎn)稱NTM）。

直接甩負(fù)載：當(dāng)機(jī)組緊急停機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)立即脫網(wǎng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩立馬降為0，此時(shí)對(duì)機(jī)組造成很大沖擊，釋放能量，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)迅速上升，造成載荷急劇增加，容易出現(xiàn)極限載荷;延遲甩負(fù)載：當(dāng)機(jī)組緊急停機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)不立即脫網(wǎng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩在某個(gè)設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)逐漸降為0。延遲甩負(fù)載減小載荷的基本原理：減小緊急停機(jī)過程中機(jī)組的負(fù)方向推力，從而減小傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，同時(shí)降低葉片截面在edgewise方向載荷。

3 仿真驗(yàn)證及結(jié)果對(duì)比

仿真驗(yàn)算，進(jìn)行載荷對(duì)比。在控制算法中增加延遲甩負(fù)載功能、設(shè)置好相關(guān)參數(shù)?；赽laded模型，正確設(shè)置dlc5.1工況，分別設(shè)置立即甩負(fù)載和延遲甩負(fù)載兩種情況。

基于明陽某機(jī)型，仿真工況dlc5.1a+01（IEC-3rd）結(jié)果如下：圖1為策略前后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線圖;圖2 策略前后低速軸轉(zhuǎn)矩曲線圖;圖3策略前后Blade Mx （Root axes）曲線圖，其中黑線為原控制器下（立即甩負(fù)載）曲線，紅線為控制策略優(yōu)化（（延遲甩負(fù)載）后曲線。 策略前后Blade Mx （Root axes）反向最小值對(duì)比（未加安全系數(shù)），可以看出，Blade Mx （Root axes）反向最小值下降約9.678%，效果明顯。

對(duì)緊急停機(jī)工況發(fā)電機(jī)是否直接甩負(fù)載進(jìn)行載荷計(jì)算分析得出：延遲甩負(fù)載可有效減小機(jī)組振動(dòng)，減小機(jī)組載荷。值得注意的是，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，不直接甩負(fù)載必須有硬件支撐，要保證在設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)變頻器仍然可以正常工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 斯卡爾.變速恒頻交流勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制原理研究：（碩士學(xué)位論文）.南京：河海大學(xué)，2004.

[2] 李建林，許洪華.風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù).北京：機(jī)械出版社，2008.

[3] 李樹江，周玲.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變論域模糊控制.電氣技術(shù)，2010，12：13-17.