提高大型风电机组恒转速段发电量的变桨策略

发布时间：2020-06-01 13:15

【摘要】：常规认为的额定风速以下的恒定最优桨距角在机组恒转速段并不一定是最优的。恒转速段的最大功率跟踪问题等同于特定转速下的气动转矩最大化问题,以提高发电量为目标分析了在两个恒转速段内切向力系数及法向力系数与桨距角的定性关系。分析表明,在恒最低转速段通过合理地正调桨距角可以提升切向力系数并提高发电量,且可减轻轴向推力等载荷;在恒最高转速段通过合理地负调桨距角可以提升切向力系数并提高发电量,但会增大轴向推力载荷;在两个恒转速段内特定风速下均存在其对应的最优桨距角,且最优桨距角随风速单调变化。针对最优桨距角难以直接量化的问题,根据定性分析结果推断出最优桨距角的合理表达式,并给出了表达式中参数的离线辨识方法。最后采用专业软件Bladed中的商用机组实际参数模型,从稳态和动态两方面对恒转速区提高发电量的变桨策略进行了验证,仿真结果很好地证明了分析的正确性,从而更好地指导机组提高发电量。
【图文】：

机组运行,方式,变流器,额定风速

压，导致电流不可控问题。在低风速区，为防止频繁投切电网，永磁机组也会采用限定发电最低运行转速的做法。1.3现有的解决方案由于nreal＜ndmd，，可见受到发电机和变流器的限制，在［vcutin，vn］风速区间不会都以λopt方式运行。通常的做法是将全风况划分为4个区域［1，19，20］，仅在［v1，v2］风速区间(Ⅱ区)保持λopt运行，这样在［vcutin，v1］风速区间(Ⅰ区)和［v2，vn］风速区间(Ⅲ区)形成了两个恒转速段，Ⅳ区为额定风速以上的恒额定功率段(变桨动作)，如图1所示。图1典型的机组运行方式Fig.1TypicaloperationmodeofWECS一种常用的全风况下的机组主控制器控制方案如图2所示。当机组转速ω超出ωmax或机组电功率Pe超出额定功率Pn时，机组运行于Ⅳ区，此时变流器控制的转矩指令限幅于Tmax，变桨控制发挥主导作用;否则桨距角指令恒定为βc，此时变流器控制发挥主导作用。变流器控制采用两个变限幅的转速闭环PI调节器实现Ⅰ区与Ⅱ区及Ⅱ区与Ⅲ区之间的平滑切换［1］，其中kopt是由风力机决定的最优转矩系数，ωmid可取为ωmax与ωmin的平均值，ωmax可取为略高于额定转速ωn的值，这样做的好处是在额定风速附近转矩控制和变桨控制可以更好地解耦。本文仿真中ωn和ωmax分别取为1.2(pu)和1.22(pu)(以发电机同步转速为基准)。虽然转速的限制使得风力机无法在Ⅰ区和Ⅲ区最大功率运行，上述控制方案仍可看作机组转速限制条件下整机的“最优方案”，但这种认识建立在通常认为的额定风速以下最优桨距角恒定为某一角度βc(通常为0°)的基础上。事实上，本文将证明恒转速段的最优桨距角并不恒定为0°，从而通过变桨?

主控制器,控制方案

有的解决方案由于nreal＜ndmd，可见受到发电机和变流器的限制，在［vcutin，vn］风速区间不会都以λopt方式运行。通常的做法是将全风况划分为4个区域［1，19，20］，仅在［v1，v2］风速区间(Ⅱ区)保持λopt运行，这样在［vcutin，v1］风速区间(Ⅰ区)和［v2，vn］风速区间(Ⅲ区)形成了两个恒转速段，Ⅳ区为额定风速以上的恒额定功率段(变桨动作)，如图1所示。图1典型的机组运行方式Fig.1TypicaloperationmodeofWECS一种常用的全风况下的机组主控制器控制方案如图2所示。当机组转速ω超出ωmax或机组电功率Pe超出额定功率Pn时，机组运行于Ⅳ区，此时变流器控制的转矩指令限幅于Tmax，变桨控制发挥主导作用;否则桨距角指令恒定为βc，此时变流器控制发挥主导作用。变流器控制采用两个变限幅的转速闭环PI调节器实现Ⅰ区与Ⅱ区及Ⅱ区与Ⅲ区之间的平滑切换［1］，其中kopt是由风力机决定的最优转矩系数，ωmid可取为ωmax与ωmin的平均值，ωmax可取为略高于额定转速ωn的值，这样做的好处是在额定风速附近转矩控制和变桨控制可以更好地解耦。本文仿真中ωn和ωmax分别取为1.2(pu)和1.22(pu)(以发电机同步转速为基准)。虽然转速的限制使得风力机无法在Ⅰ区和Ⅲ区最大功率运行，上述控制方案仍可看作机组转速限制条件下整机的“最优方案”，但这种认识建立在通常认为的额定风速以下最优桨距角恒定为某一角度βc(通常为0°)的基础上。事实上，本文将证明恒转速段的最优桨距角并不恒定为0°，从而通过变桨控制在不打破转速限制条件的基础上提高机组发电量。2恒转速段提高发电量的变桨控制在恒转速段追求最大功率等同于?

【参考文献】