发电 - 631 - S4-S5，控制风机在如图 1.1 所示的 H-L 段运行，维 持在发电机恒功率输出，通过变桨策略来降低载荷 和机械冲击。 图 1 稳态运行转速-转矩图 为保证不同风速下，风力发电机能够捕获更大 的风能，必须采用更好的控制策略来对风机进行控制。 目前常用控制策略：一是公式计算方式，计算 风机固定控制参数，以及在其基础上以参数分段调 整为特点进行的风机控制；二是建立风速、功率、 转速表，通过查询不同风速、转速功率对应表，实 现对风机控制；三是建立数学模型，对风电机组运 行过程中的关键参数进行计算并予以控制。本项目 研究的控制策略主要是引入第三种控制策略，并在 其基础上对风机模型进行精细化计算。 2.2 现有控制策略分析存在的问题 2.2.1 风特性研究不足 现有机组技术对风特性研究不足，以准静态定 常流动作为主要风模型设计风电机组。但是风能从 本质上来说是空气的紊流流动，其风向、风速、涡 旋度、流动形态等总是在不断的随机快速变化，所 以其具有的能量也是时刻变化的，需要对其特性进 行深入研究。 2.2.2 风能转化为机械能的相对理论落后 现有机组技术对风能转化为机械能的相对理论 落后，转化机理研究不足、转化效率不高。要深入 分析和研究适应风的动态、三维、涡旋、紊流流动 情况下的风能与机械能的相互转换技术。 2.2.3 控制策略参数调整单一 目前各风场安装运行的风机，主控系统控制策 略的参数都是按照标准条件计算得出的，计算中使 用的都是标准的空气密度、 环境温度、 海拔高度等， 忽略了具体的风电场工况，使得最终风机运行过程 中的功率曲线偏离标准曲线，发电量无法达到预计 水平。需要根据每台风机的实际地理位置，周围环 境因数等各项参数，对每台风机控制策略进行动态 调整，得到最优的功率输出，最优的机组载荷。 2.2.4 控制策略采用静态组合方式 目前各风机厂家通常采用上述控制策略中的一 种作为其主要控制策略，或者采用上述控制策略静 态组合的方式，即根据不同的风速或者功率采用静 态查表方式确定相应的功率控制策略。但是风能从 本质上来说是空气的紊流流动，其风向、风速、涡 旋度、流动形态等总是在不断的随机快速变化，所 以其具有的能量也是时刻变化的，这种静态的控制 策略难以对风的变化快速跟踪并正确的响应。为了 实现风能利用效率的最大化，就需要对风的紊流特 性、风与风轮叶片的动态作用与响应特性、风机传 动系统的动态响应特性、功率转换与变频系统的动 态响应特性、电网动态特性以及以上各特性间的耦 合及解耦方法进行深入细致研究，并对现有的风电 控制策略进行优化与提升，从而实现在保证风电机 的安全性和可靠性的前提下，风电机始终输出最大 功率。 2.3 精细化模型控制策略 2.3.1 细化模型控制策略研究内容 本项目拟通过分析研究国际国内最先进风电技 术包括：不同环境条件下来流风紊流特性研究；风 电叶片气动响应特性与气动效率优化技术研究；叶 轮、传动链、发电机与变频系统等各系统动态特性 及其耦合特性研究；机组发电量最优自动跟踪建模 与算法研究等；并在以上研究的基础上研制出先进 的机组控制策略和相应的软件产品，变静态单一参 数控制为动态多参数协调控制。为了在优化功率特 性的同时保证风电机组的安全可靠运行，本项目将 在变桨控制策略优化、功率控制策略优化、环境参 数主动跟踪策略优化的同时采用变桨轴承磨损保护