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基于华锐、南车风电机组功率特性优化研究与应用技术研究报告
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2019 年(第七届)电力科技管理论坛 - 630 - 基于华锐、南车风电机组功率特性优化 研究与应用技术研究报告 华能新能源山西分公司宁武东马坊风电场,梁焱博、孔金良、李建华 1 1.1 风电机组功率特性优化项目背景 华能宁武东马坊风电场建于 2009 年,2010 年 03 月投产,华锐风机装机容量 99MW,共 66 台华锐 SL1500 风力发电机组。机组由于投产较早,风电机 组的叶片相对较短,叶片扫风面积较小,发电小时 数偏低,同时受当时主机和部件生产商的设计技术 水平和服务能力所限,很难在机组发电过程中的控 制策略上做到对风电机组传动部件的精准调整,严 重降低了机组的能量吸收与转化率。因此通过对这 批机组进行技术改造和性能优化,对提高风电场运 行能力意义重大。 本项目基于以上背景,在不改变机组硬件的前 提下,通过优化控制策略和控制软件,保证机组安 全平稳运行,实现机组发电量提升。 1.2 风电机组功率特性优化方法 机组安装运行后,硬件(叶片、变桨和偏航系 统、齿轮箱、发电机、变频器、塔筒等)已固化, 提高机组性能的有效办法如加长加宽叶片、提高轮 毂高度、优化微观选址等措施已很难采用。本次科 技项目通过以下两种途径实现发电量的提升:系统 研究分析、及时发现和处理机组故障和潜在故障隐 患,降低机组故障率和停机时间,提高风机有效可 利用率。 1、采用先进控制策略,变静态单一参数控制为 动态多参数协调控制,优化机组控制软件,在机组 安全平稳运行的基础上实现发电量最大化。 1.3 控制策略优化的原则 1、不改动原风电机组任何机械大部件(如叶片、 塔筒等)的现有状态,不添加或更改任何电气元器 件(如 PLC、变频器等)的连接方式,只对机组的控 制策略进行优化,便于机组改造后试运行期的分析 和故障处理,及时进行程序调整。 2、安全链不做任何改动,切入前和切出后的控 制策略不做任何改动,安全控制策略不做任何改动, 仅对机组在满发之前的过程控制软件进行优化,确 保机组的安全稳定性。 3、在软件优化前, 对机组全面体检, 精细调整, 改善机组运行状况,发现和消除机组故障隐患。 2 2.1 现有风电机组控制策略分析 为了能使风机捕获更多的风能,主控系统必须 将风机的运行控制在最佳叶尖速比附近,具体来说 就是根据不同来流风速给定最佳的变桨角度和发电 机 功 率 值 。 如 图 1 所 示 , 因 控 制 风 机 按 照 点 A-B-C-F-G-H-L 的曲线运行。 1、低风速(并网风速附近)情况下,最小允许 发电机转速 S1,控制风机在如图 1.1 所示的 A-B 段 运行,这样就能使得实际叶尖速比靠近设计最佳值; 2、中风速(4m/s-10m/s)情况下,发电机转速 S1-S4,控制风机在如图 1.1 所示的 B-G 段运行,使 用最佳转矩给定维持叶尖速比在最佳值附近,追踪 最佳风能利用系数 Cp; 3、额定风速(额定转速风速)情况下,发电机 转速 S4,控制风机在如图 1.1 所示的 G-H 段运行, 保持风轮转速在额定设计值,通过变桨策略来增加 风能捕获能力。 4、高风速(风机满发)情况下,发电机转速

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