風電機組緊急停機不直接甩負載對載荷的影響分析

摘要：我國風電產業進入了新時代的同時也進入了平價時代，競爭日益激烈，為降低成本，提高產品競爭力，長葉片、高塔筒、大容量機組是趨勢所在，但是風機常常運行在相對較為惡劣的外部環境中，這就造成機組載荷越來越大，對機組的運行構成很大的安全隱患，給業主的經濟效益帶來負面影響。本文針對dlc5.1緊急停機工況，基于Bladed4.8環境下仿真計算。對比分析在觸發緊急停機過程中，發電機直接甩負載和延遲甩負載對機組運行以及機組載荷的影響。通過仿真驗證其效果，得出結論：緊急停機時不直接甩負載可有效減小機組振動，從而減小機組載荷，改善機組運行狀況。

關鍵詞：甩負載;仿真驗證

1引言

我國風力發電技術的開發利用起源于20世紀70年代，但是在國家的大力支持和倡導下，近些年來風力發電技術發展突飛猛進，并且取得了很大的進展[1]。可再生能源逐漸代替常規能源，可以改善生存環境，造福人類，提高我們的生活水平[2] [3]。

“3060”計劃的提出，標志著我國風電產業進入了新時代，同時也進入了平價時代，競爭日益激烈，為降低成本，提高產品競爭力，長葉片、高塔筒、大容量機組是趨勢所在，但是風機常常運行在相對較為惡劣的外部環境中，這就造成機組載荷越來越大，對機組的運行構成很大的安全隱患，給業主的經濟效益帶來負面影響。本文針對dlc5.1緊急停機工況（工況設置根據IEC61400-1[4]第3版載荷工況設置），基于Bladed4.8[5]環境下仿真計算。對比分析在觸發緊急停機過程中，發電機直接甩負載和延遲甩負載對機組運行以及機組載荷的影響。

2基本原理

工況簡介：DLC5.1工況，緊急停機工況，考慮風力發電機組風速從額定風速減2m/s風速到切出風速范圍內的正常湍流風況（Normal turbulence model ， 簡稱NTM）。

直接甩負載：當機組緊急停機時，發電機立即脫網，發電機轉矩立馬降為0，此時對機組造成很大沖擊，釋放能量，發電機轉速會迅速上升，造成載荷急劇增加，容易出現極限載荷;延遲甩負載：當機組緊急停機時，發電機不立即脫網，發電機轉矩在某個設定的時間段內逐漸降為0。延遲甩負載減小載荷的基本原理：減小緊急停機過程中機組的負方向推力，從而減小傳動鏈的扭轉振動，同時降低葉片截面在edgewise方向載荷。

3 仿真驗證及結果對比

仿真驗算，進行載荷對比。在控制算法中增加延遲甩負載功能、設置好相關參數。基于bladed模型，正確設置dlc5.1工況，分別設置立即甩負載和延遲甩負載兩種情況。

基于明陽某機型，仿真工況dlc5.1a+01（IEC-3rd）結果如下：圖1為策略前后發電機轉矩曲線圖;圖2 策略前后低速軸轉矩曲線圖;圖3策略前后Blade Mx （Root axes）曲線圖，其中黑線為原控制器下（立即甩負載）曲線，紅線為控制策略優化（（延遲甩負載）后曲線。 策略前后Blade Mx （Root axes）反向最小值對比（未加安全系數），可以看出，Blade Mx （Root axes）反向最小值下降約9.678%，效果明顯。

對緊急停機工況發電機是否直接甩負載進行載荷計算分析得出：延遲甩負載可有效減小機組振動，減小機組載荷。值得注意的是，在實際現場應用中，不直接甩負載必須有硬件支撐，要保證在設置的時間范圍內變頻器仍然可以正常工作。

參考文獻：

[1] 斯卡爾.變速恒頻交流勵磁風力發電機系統及其控制原理研究：（碩士學位論文）.南京：河海大學，2004.

[2] 李建林，許洪華.風力發電中的電力電子變流技術.北京：機械出版社，2008.

[3] 李樹江，周玲.雙饋風力發電機的變論域模糊控制.電氣技術，2010，12：13-17.