風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線優(yōu)化研究

朱振海

摘要：本文以干東一風(fēng)電場(chǎng)133臺(tái)東汽FD1500-77A風(fēng)機(jī)功率曲線不達(dá)標(biāo)為研究對(duì)象，依據(jù)風(fēng)能功率的公式，分析風(fēng)功率不達(dá)標(biāo)主要因素為葉片角度校準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)力矩、轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)偏差，風(fēng)向標(biāo)問題，以優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組功率曲線。

關(guān)鍵字：風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)電場(chǎng)安裝有133臺(tái)東汽FD1500-77A風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用巴赫曼主控制系統(tǒng)系統(tǒng)，至今已運(yùn)行超過九年。隨著風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加，單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率曲線與理論值不達(dá)標(biāo)的問題日益突出，為此，本文就東汽巴赫曼系統(tǒng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率曲線不達(dá)標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

2.風(fēng)能功率介紹

風(fēng)能的功率為：（式一）

單位時(shí)間內(nèi)，風(fēng)力質(zhì)量：（式二）。

所以風(fēng)功率：（式三）。

其中：為風(fēng)功率;為空氣密度;為機(jī)組葉輪的掃風(fēng)面積;為風(fēng)速。

而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率：（式四）

其中：為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率;為風(fēng)能吸收系數(shù);為機(jī)組效率。

從式四可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的功率和空氣密度、葉輪的掃風(fēng)面積、風(fēng)速、風(fēng)能吸收系數(shù)和機(jī)組效率有關(guān)。

3.影響功率曲線原因

3.1密度對(duì)功率曲線的影響

根據(jù)? （為空氣氣壓（單位Pa）（式五）;

為絕對(duì)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(duì)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(chǎng)以1.09kg/m?密度對(duì)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(jì)算，采用控制算法。根據(jù)實(shí)時(shí)溫度的變化，計(jì)算密度值。通過密度和風(fēng)速的變化，計(jì)算不同風(fēng)速和密度下的功率曲線。相對(duì)而言，這種功率曲線計(jì)算方式較為準(zhǔn)確。

3.2葉片零位校準(zhǔn)影響

影響風(fēng)電機(jī)組風(fēng)能吸收系數(shù)的主要因素為葉尖速比和槳葉角度，當(dāng)槳葉角度為0°，且運(yùn)行于最佳葉尖速比時(shí)機(jī)組具有最大的風(fēng)能吸收系數(shù)。定檢維護(hù)時(shí)，葉片校準(zhǔn)0°不合適，影響風(fēng)能吸收系數(shù)。進(jìn)而導(dǎo)致功率曲線偏差。

3.3變頻器4-20mA模擬信號(hào)影響

變頻器與主控系統(tǒng)4-20mA反饋信號(hào)，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(jī)功率，Q為轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速。

3.4風(fēng)向標(biāo)的影響

機(jī)組運(yùn)行時(shí)風(fēng)向標(biāo)跟蹤穩(wěn)定變化的風(fēng)向，使葉輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，從而獲得最大的風(fēng)能。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)偏差時(shí)，機(jī)組偏離風(fēng)向。葉輪平面與風(fēng)向產(chǎn)生夾角&。則垂直葉輪平面的風(fēng)速V=實(shí)際風(fēng)速*sin&。風(fēng)速變化，導(dǎo)致機(jī)組功率受到影響。

風(fēng)向標(biāo)出現(xiàn)卡澀，導(dǎo)致偏航對(duì)風(fēng)角度出現(xiàn)偏差。由于風(fēng)向標(biāo)存在偏差等原因，直接導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，吸收的能量降低。從而影響功率曲線。3.5風(fēng)速儀卡澀和風(fēng)速儀參數(shù)設(shè)置不正確的影響

（1）由于風(fēng)速計(jì)使用時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)速計(jì)軸承出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。嚴(yán)重的報(bào)“風(fēng)速不一致”或“風(fēng)速計(jì)結(jié)冰”。但是輕微卡澀，不觸發(fā)故障。導(dǎo)致風(fēng)速計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)有偏差。風(fēng)速計(jì)測(cè)量的風(fēng)速出現(xiàn)誤差，直接影響機(jī)組的功率輸出。

（2）不同品牌的風(fēng)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(fēng)速的計(jì)算和功率曲線。現(xiàn)場(chǎng)更換不同品牌備件后需要正確修改風(fēng)速儀參數(shù)，使系統(tǒng)獲得正確的風(fēng)速數(shù)據(jù)。更換后的風(fēng)速計(jì)與系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，不屬于同一廠家。

3.6風(fēng)速儀1、2偏差影響

（1）由于風(fēng)速計(jì)1與風(fēng)速計(jì)2之間所測(cè)風(fēng)速相差較大，導(dǎo)致影響實(shí)際風(fēng)速的測(cè)量。

（2）由于風(fēng)速計(jì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成風(fēng)速計(jì)老化而產(chǎn)生軸承卡澀，導(dǎo)致風(fēng)速計(jì)頻繁報(bào)風(fēng)速計(jì)結(jié)冰故障，致使測(cè)量值與實(shí)際值偏差較大。因?yàn)楣街酗L(fēng)能功率與風(fēng)速立方成正比，檢測(cè)風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)速過小，影響實(shí)際的功率。

4.優(yōu)化方案

4.1葉片零位校準(zhǔn)

在風(fēng)機(jī)定檢過程中，增加葉片校零項(xiàng)目，保證三個(gè)葉片的設(shè)計(jì)最佳安裝角度與輪轂刻度線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，偏差小于0.5°。由于部分葉片與設(shè)計(jì)最佳安裝角度不一致，葉片校準(zhǔn)0°時(shí)應(yīng)該使設(shè)計(jì)安裝角度與輪轂刻度線對(duì)準(zhǔn)。

4.2風(fēng)向標(biāo)校準(zhǔn)

（1）根據(jù)定檢消缺項(xiàng)目，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，排查風(fēng)向標(biāo)運(yùn)行情況。出現(xiàn)卡澀的風(fēng)向標(biāo)建議更換同廠家型號(hào)的風(fēng)向標(biāo)。

（2）對(duì)運(yùn)行正常的風(fēng)向標(biāo)，重新零位校準(zhǔn)。使風(fēng)向標(biāo)正對(duì)機(jī)艙機(jī)頭，觀察主控顯示角度偏差在±1°以內(nèi)。

（3）主控參數(shù)核對(duì)：

根據(jù)各廠家風(fēng)速儀參數(shù)的偏移量，核對(duì)主控參數(shù)。

（4）制作風(fēng)向標(biāo)底座支架，更換雷奧和松源風(fēng)向標(biāo)后，采用制作的底座支架固定。避免風(fēng)向標(biāo)出現(xiàn)偏移。

4.3風(fēng)速計(jì)更換和參數(shù)核對(duì)修改

（1）針對(duì)風(fēng)速計(jì)卡澀引起的風(fēng)速測(cè)量誤差問題。建議統(tǒng)一更換新的同一廠家的風(fēng)速計(jì)。

（2）根據(jù)機(jī)組所安裝的不同廠家的風(fēng)速計(jì)，核對(duì)主控系統(tǒng)風(fēng)速計(jì)參數(shù)設(shè)定值。出現(xiàn)廠家和參數(shù)值不統(tǒng)一的進(jìn)行修改。

4.4變頻器4-20mA校準(zhǔn)

在處理完畢風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)問題，通過后期觀察，根據(jù)判斷再進(jìn)行4-20mA校準(zhǔn)主控與變頻器之間的4-20mA信號(hào)校準(zhǔn)，確保力矩偏差在±3Nm以內(nèi)。

5結(jié)論

本文通過對(duì)中廣核新能源西北分公司干東一風(fēng)電場(chǎng)133臺(tái)東汽FD1500-77A型風(fēng)機(jī)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(gè)原因。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)133臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線與理論功率曲線進(jìn)行對(duì)比，主控參數(shù)進(jìn)行核查，風(fēng)速計(jì)1、2角度偏差進(jìn)行核查等手段，得出優(yōu)化功率曲線的四項(xiàng)舉措：葉片零位校準(zhǔn);風(fēng)向標(biāo)校準(zhǔn);風(fēng)速計(jì)更換和參數(shù)核對(duì);變頻器4-20mA校準(zhǔn)。通過以上優(yōu)化舉措，對(duì)中廣核新能源西北分公司干東一風(fēng)電場(chǎng)133臺(tái)風(fēng)機(jī)功率曲線進(jìn)行了整體優(yōu)化，使干東一風(fēng)電場(chǎng)133臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線合格率達(dá)到了90%以上。

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