風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電性能分析與優(yōu)化

唐應(yīng)才

（廣西龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

近年來(lái)，隨著人們能源需求量的逐漸增加，風(fēng)力發(fā)電具有清潔、環(huán)保效益好、可再生、裝機(jī)規(guī)模靈活、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也得以快速發(fā)展[1-2]。基于此，文章對(duì)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量大型化、增加海上風(fēng)力發(fā)電所占比重、風(fēng)力發(fā)電向智能化控制轉(zhuǎn)變等方面，對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能概述

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種清潔、環(huán)保的可再生能源，國(guó)家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)給予大力支持，已經(jīng)發(fā)展成為技術(shù)最成熟、前景最廣闊的技術(shù)手段。其中分布式電網(wǎng)中使用的小型風(fēng)力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝靈活的有點(diǎn)，在實(shí)際發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)力機(jī)中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)是決定風(fēng)力機(jī)性能的兩個(gè)最主要的部件，從目前的發(fā)展水平來(lái)看，風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化和發(fā)電機(jī)的效率有了很大的發(fā)展，但是由于兩者之間的電磁匹配特性之間存在問(wèn)題，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率較低。對(duì)獨(dú)立風(fēng)輪空氣動(dòng)力特性或獨(dú)立發(fā)電機(jī)性能的研究是目前研究熱點(diǎn)的方向，而對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究有許多不足之處，更加強(qiáng)調(diào)了瑞士的控制策略趙潤(rùn)提出并驗(yàn)證了最大功率跟蹤計(jì)劃的有效性，該方案以最佳電磁轉(zhuǎn)矩給定作為理論依據(jù)。在此方案的基礎(chǔ)上，TRIPATHI等提出了最優(yōu)特性曲線法、峰值速度比控制法、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制法和最大功率控制法，如擾動(dòng)/提升觀測(cè)算法。HEYDARI 等人將這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)與35kW 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了比較。最后，將損耗轉(zhuǎn)矩的情況考慮在內(nèi)，對(duì)兩種方法取長(zhǎng)補(bǔ)短，計(jì)算損耗轉(zhuǎn)矩與電機(jī)角速度的關(guān)系，提出更為科學(xué)合理的最大風(fēng)能控制方法用于給定發(fā)電機(jī)最佳電流。

風(fēng)功率曲線的變化趨勢(shì)取決于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率和風(fēng)速，反應(yīng)了不同的風(fēng)速對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能能力的影響，在評(píng)價(jià)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電性能優(yōu)劣及風(fēng)功率預(yù)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。而由于棄風(fēng)限電、通信設(shè)備故障、極端天氣、葉片污染和風(fēng)速傳感器失靈等原因，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)中存在大量不符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常輸出特性的異常點(diǎn)，異常數(shù)據(jù)的識(shí)別和剔除是獲得風(fēng)功率曲線的重要步驟，IEC61400-12-1 中關(guān)于異常數(shù)據(jù)剔除做出了明確規(guī)定：用于分析的數(shù)據(jù)均應(yīng)該是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下采集的，為了確保數(shù)據(jù)沒(méi)有損壞，應(yīng)當(dāng)排除以下情況中的數(shù)據(jù)集：①除風(fēng)速外的外部條件超出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作范圍；②由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障狀態(tài)導(dǎo)致的無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)；③風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被手動(dòng)關(guān)機(jī)或者處于測(cè)試或維修操作狀態(tài)；④測(cè)試設(shè)備故障或者性能退化（例如，葉片結(jié)冰和污染等）；⑤風(fēng)向超出了規(guī)定的測(cè)量扇區(qū)。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)風(fēng)功率異常數(shù)據(jù)剔除、風(fēng)功率曲線建模做了大量研究，風(fēng)功率曲線建模的精度不斷提升。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含更多信息，除了需要將正常數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)區(qū)分開(kāi)外，還需要將異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因進(jìn)一步識(shí)別，通過(guò)對(duì)異常數(shù)據(jù)的分析來(lái)判斷發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別對(duì)風(fēng)電檢測(cè)工作具有重要的意義，同時(shí)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別結(jié)果可以用于排除IEC61400-12-1 中規(guī)定的5 種數(shù)據(jù)集，獲取風(fēng)功率曲線。

2 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電的工作原理：風(fēng)動(dòng)能→機(jī)械動(dòng)能→電能，屬于再生能源開(kāi)發(fā)的范疇。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在風(fēng)的作用下，帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，在發(fā)電機(jī)的作用下，再把動(dòng)能變?yōu)殡娔茌敵龅诫娋W(wǎng)。該過(guò)程需要空氣動(dòng)力、智能控制、機(jī)械、電機(jī)多個(gè)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)的支持。由于該過(guò)程利用風(fēng)能，沒(méi)有各種燃料的燃燒，因此風(fēng)力發(fā)電是一種綠色、環(huán)保、可持續(xù)的再生能源。常規(guī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要包括風(fēng)輪、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、控制裝置、發(fā)電機(jī)、支撐結(jié)構(gòu)等。從發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)細(xì)分，又可分為恒速及感應(yīng)發(fā)電、變速恒頻雙饋式發(fā)電、變速同步發(fā)電三種類型，這三種類型在不同領(lǐng)域均發(fā)揮重要作用。在傳統(tǒng)化石能源大量使用導(dǎo)致全球氣溫變暖的背景下，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用受到各國(guó)重視，資金投入逐年增加，很大程度上也促使著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的提高和發(fā)展。但是，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還存在一定的問(wèn)題，需要予以關(guān)注。

2.1 機(jī)組單機(jī)容量方面

要使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量有所提高，我們可以從降低生產(chǎn)成本和提高發(fā)電效率兩方面入手。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是提高效率和降低成本，需要不斷增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量。就目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量方面來(lái)看，已經(jīng)從最初的600kW 提升至10MW。然而，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)總體狀況，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量還沒(méi)有達(dá)到滿足荷運(yùn)轉(zhuǎn)要求，其理論知識(shí)與實(shí)踐發(fā)展之間還存在較大差距。

2.2 機(jī)組設(shè)備控制方面

機(jī)組設(shè)備控制是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高效運(yùn)行的前提。但是，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備安裝地點(diǎn)優(yōu)先考慮的是風(fēng)力資源，經(jīng)常面臨一些比較惡劣的環(huán)境，如邊遠(yuǎn)山區(qū)、無(wú)人荒漠、海上等地區(qū)，風(fēng)力大小很容易受到外界環(huán)境因素的影響。正是由于風(fēng)力的這種不穩(wěn)定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備往往需要遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備具有可靠、穩(wěn)定的自控系統(tǒng)。因此，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，面向電子化、自動(dòng)化、智能化方向，進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。從當(dāng)前技術(shù)手段來(lái)看，定槳距型風(fēng)力機(jī)組和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)是使用范圍最大的兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，兩者相比，定槳距型風(fēng)力機(jī)組具有性能可靠控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是其轉(zhuǎn)速容易受到電機(jī)輸出功率的影響，輸出電壓受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響明顯，關(guān)鍵部件容易磨損，就會(huì)造成效率低下。相對(duì)于定槳距型風(fēng)力機(jī)組來(lái)說(shuō)，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有著更為穩(wěn)定的輸出功率，性能更為優(yōu)良，受到風(fēng)葉轉(zhuǎn)速影響較低，自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程較為穩(wěn)定，是近年來(lái)研發(fā)的一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備。

2.3 機(jī)組安全性能方面

風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)力資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Y源的技術(shù)，與傳統(tǒng)能源利用相比，其應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短。在傳輸、并網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)控制等專業(yè)技術(shù)研究上的上升空間較大，并且風(fēng)力發(fā)電在安全性能方面還存在一些問(wèn)題。例如，風(fēng)力發(fā)電管理不規(guī)范、裝機(jī)后運(yùn)行不穩(wěn)、機(jī)組停運(yùn)等。因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行進(jìn)行研究，消除存在的各種安全隱患，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性，確保風(fēng)力發(fā)電的安全、穩(wěn)定。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電能力評(píng)估

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等效風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)是衡量項(xiàng)目發(fā)電性能的重要指標(biāo)，它就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)年發(fā)電量與容量的比值。對(duì)于單臺(tái)機(jī)組，它是單臺(tái)風(fēng)機(jī)年發(fā)電量與機(jī)組容量的比值。所以可以從分析單臺(tái)風(fēng)機(jī)的等效風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)入手。統(tǒng)計(jì)單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量，將單臺(tái)機(jī)組發(fā)電量加上限電、故障、檢修等損失電量折算為等效利用小時(shí)數(shù)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)同型號(hào)機(jī)組的等效利用小時(shí)數(shù)進(jìn)行排序，并將實(shí)際風(fēng)速與等效利用小時(shí)數(shù)進(jìn)行對(duì)照分析，可以篩選出相同風(fēng)速條件下等效利用小時(shí)數(shù)低于平均值的機(jī)組。風(fēng)機(jī)功率曲線是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的最直接體現(xiàn)。所以用功率曲線可以有效地分析風(fēng)機(jī)的健康水平和發(fā)電能力。由于受到機(jī)組尾流、空氣密度、湍流強(qiáng)度等環(huán)境因素的影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)際運(yùn)行功率與設(shè)計(jì)功率可能存在不吻合的地方，這就需要與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線作為依據(jù)，分析單臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線的異同點(diǎn)，有直觀地反映出風(fēng)機(jī)發(fā)電能力的優(yōu)劣。我們可以取單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)一年10min 風(fēng)速和有功功率，結(jié)合機(jī)組實(shí)際功率曲線，推算單臺(tái)機(jī)組的年理論發(fā)電量；利用10min 平均風(fēng)速和合同保證的功率曲線，推算單臺(tái)機(jī)組的實(shí)測(cè)風(fēng)速年保證發(fā)電量，并繪制分布圖。計(jì)算實(shí)際運(yùn)行功率曲線的發(fā)電量與保證功率曲線的發(fā)電量，通過(guò)對(duì)兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行比值分析功率曲線符合度。對(duì)機(jī)組功率曲線符合度進(jìn)行排序分析，可以篩選出功率曲線符合度異常機(jī)組。

4 機(jī)組發(fā)電性能排查

4.1 機(jī)組軟件分析排查

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組SCADA 是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的監(jiān)控中樞，它實(shí)時(shí)記錄著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各方面運(yùn)行數(shù)據(jù)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，它記錄的數(shù)據(jù)越來(lái)越全面，在運(yùn)行分析中的作用也越來(lái)越大。充分利用風(fēng)機(jī)SCADA 平臺(tái)，可以非常直觀地發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在發(fā)電能力方面的異常。首先，在同一風(fēng)場(chǎng)，對(duì)比同型號(hào)機(jī)組在相同工況下功率曲線散點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組在相同功率曲線模型下，不同風(fēng)機(jī)的功率曲線散點(diǎn)不同，如圖1 所示?？梢詣h選出曲線偏差較大的機(jī)組，進(jìn)行專門(mén)的分析。以某風(fēng)電場(chǎng)1#、2#風(fēng)機(jī)為例，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在相同工況和功率曲線模型下，2#風(fēng)機(jī)功率曲線明顯靠下，發(fā)電能力低于1#風(fēng)機(jī)。

圖1 不同風(fēng)機(jī)的功率曲線散點(diǎn)

其次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩有著直接的關(guān)系，它遵循P=Tn/9550 的關(guān)系；式中，P 為功率，kWn；n 為轉(zhuǎn)速，r/min；T 為轉(zhuǎn)矩，nm；9550 是計(jì)算系數(shù)。所以分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化也可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常的機(jī)組。仍然以某風(fēng)電場(chǎng)1#、2#風(fēng)機(jī)為列，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組在同等條件下，轉(zhuǎn)矩的明顯不同，如圖2 所示。

圖2 同等條件下轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩變化結(jié)果

風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)測(cè)風(fēng)裝置采集風(fēng)速與風(fēng)向，通過(guò)偏航系統(tǒng)，調(diào)整對(duì)風(fēng)角度，使葉輪能正對(duì)來(lái)風(fēng)方向，采集更多的能量。所以，定期對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)偏差進(jìn)行排查，并及時(shí)分析產(chǎn)生偏差的原因，對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)整，能夠有效改善機(jī)組的發(fā)電能力，提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。借助風(fēng)機(jī)SCADA 平臺(tái)，排查機(jī)組風(fēng)速和偏航對(duì)風(fēng)角度散點(diǎn)圖，可以分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航控制策略是否存在異常。

4.2 機(jī)組硬件分析排查

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙頂部安裝風(fēng)速風(fēng)速計(jì)，跟蹤風(fēng)速和風(fēng)向的變化，通過(guò)偏航系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)向角，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于最佳迎風(fēng)角，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)，變槳驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)變槳軸承旋轉(zhuǎn)，使葉片保持最佳迎風(fēng)狀態(tài)，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。因此，對(duì)于發(fā)電效率異常的機(jī)組，首先要檢查風(fēng)向標(biāo)的零刻度是否在機(jī)艙正前方。風(fēng)速在10m/s 以上時(shí)，將風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)到90°、180°、270°、360°，對(duì)比機(jī)組SCADA 顯示數(shù)據(jù)與機(jī)艙位置是否一致，一致性差的測(cè)風(fēng)裝置更換。其次，檢查葉片安裝角度和零位角度。當(dāng)風(fēng)機(jī)的SCDAD 顯示葉片位置為零時(shí)，檢查三個(gè)葉片的零位標(biāo)記與輪轂上的零位標(biāo)記是否有偏差，如果有偏差，也會(huì)影響風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。

5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電性能提升

5.1 大型化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量

在相同規(guī)模的風(fēng)力電場(chǎng)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率、運(yùn)行成本在很大程度上取決于機(jī)組的功率和單機(jī)容量，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷優(yōu)化改進(jìn)為行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，提高發(fā)電效率，不斷研究大型化的風(fēng)電機(jī)組，以提高單機(jī)容量，提升風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)，大型化、大容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，還能在利用同等土地范圍內(nèi)，有效捕捉更多的風(fēng)能，從而節(jié)約土地資源。因此，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)應(yīng)在不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究，呈現(xiàn)出面向機(jī)組大型化、大容量方向發(fā)展的趨勢(shì)。

5.2 向智能化控制轉(zhuǎn)變以

5G、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、信息化為代表的智能化技術(shù)，是制造業(yè)發(fā)展的未來(lái)方向。在此背景下，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展逐漸向智能化控制方向轉(zhuǎn)變。無(wú)論是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行控制、管理，還是技術(shù)開(kāi)發(fā)，機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)上，都需與智能化進(jìn)行融合，積極引入大數(shù)據(jù)分析、5G、人工智能等技術(shù)。利用智能化控制管理，提高風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)維質(zhì)量和控制精度，提升風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行的自動(dòng)化水平。用智能化技術(shù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新，提高風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行效率，并節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，統(tǒng)籌管理發(fā)電資源和電網(wǎng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，全面提升風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)水平。

5.3 硬件優(yōu)化

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最關(guān)鍵的組成部分就是葉片，葉片配有獨(dú)立的變槳系統(tǒng)。在機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)葉片角度的調(diào)整，以此達(dá)到葉片變槳的目的，從而有效的對(duì)機(jī)組進(jìn)行安全保護(hù)和功率控制。要提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電能力，需要對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的氣動(dòng)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低機(jī)組載荷，這對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的研究應(yīng)用提出了更高的要求。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中與飛機(jī)的機(jī)翼有相似之處，都是通過(guò)風(fēng)吹過(guò)葉片表面，在葉片正反兩面行程壓力差，從而產(chǎn)生風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，既然風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源于機(jī)翼有相似之處，我們就可以對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行改造，在風(fēng)機(jī)葉片上安裝類似渦流發(fā)生器的裝置，通過(guò)防止氣流過(guò)早分離，加速附頂層內(nèi)氣流流動(dòng)，從而產(chǎn)生更大的動(dòng)力?；谌~片的設(shè)計(jì)和分離區(qū)域的外形，通過(guò)延遲氣流從葉片分離，可以提升葉片升力，增加發(fā)電量。當(dāng)然，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和承載能力，安裝葉尖或葉根延長(zhǎng)段，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)葉片長(zhǎng)度也可以很明顯地提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電能力。但是，葉片的延遲需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的載荷計(jì)算，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的安全驗(yàn)證才能實(shí)施，并且由于屬于后期改造，費(fèi)用也會(huì)相對(duì)較高。所以對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電能力進(jìn)行硬件的優(yōu)化除了考慮方案的可行性外，還要考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)行的綜合成本。

5.4 運(yùn)行轉(zhuǎn)矩優(yōu)化

發(fā)電機(jī)和變頻器之間增加一組轉(zhuǎn)換柜，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)潆娐愤M(jìn)行轉(zhuǎn)換，主控增加相應(yīng)的運(yùn)行控制和邏輯。根據(jù)風(fēng)力情況，智能改變電路拓?fù)?，使風(fēng)機(jī)始終處于最佳發(fā)電狀態(tài)。根據(jù)變頻器的主控制字，改變相應(yīng)的控制算法和運(yùn)行策略，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下的能量捕獲效率，降低整機(jī)機(jī)械傳動(dòng)鏈的摩擦損耗和發(fā)電機(jī)與變頻器之間的電磁損耗，從而間接提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力。

5.5 捕風(fēng)能力優(yōu)化

測(cè)風(fēng)裝置通過(guò)自適應(yīng)控制，持續(xù)并自動(dòng)校準(zhǔn)偏航上風(fēng)向，為每臺(tái)風(fēng)機(jī)自動(dòng)更新傳遞函數(shù)。利用風(fēng)向的自然變化根據(jù)發(fā)電量來(lái)感知最佳偏航位置，適當(dāng)調(diào)整偏航對(duì)風(fēng)偏差設(shè)定值，提高對(duì)風(fēng)準(zhǔn)確度。根據(jù)IEC 標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)風(fēng)機(jī)的切出風(fēng)速都設(shè)定在了20～25m/s，如果根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況與結(jié)構(gòu)特征，將風(fēng)機(jī)的切出風(fēng)速適當(dāng)提高，則可以捕獲更多的風(fēng)能，明顯提升機(jī)組發(fā)電量，但是，需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行嚴(yán)格的疲勞和極限載荷計(jì)算，通過(guò)改變?nèi)~片變槳的角度來(lái)達(dá)到控制機(jī)組載荷能力的目的，從而使機(jī)組能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力進(jìn)行系統(tǒng)分析，從硬件和軟件方面尋找提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的方法，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化升級(jí)，以提升機(jī)組的發(fā)電能力。但是，風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能優(yōu)化需要有嚴(yán)格的機(jī)組安全性校核分析，綜合分析機(jī)組發(fā)電能力優(yōu)化的安全性、有效性和經(jīng)濟(jì)性。