風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)誤差與控制策略研究.pdf

1、現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的三維風(fēng)場中存在風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)，風(fēng)輪捕獲的氣動(dòng)載荷和功率都因之包含波動(dòng)分量，致使機(jī)組振動(dòng)、功率波動(dòng)等問題突出;同時(shí)，自然界的風(fēng)隨機(jī)性強(qiáng)，風(fēng)速和風(fēng)向變化頻繁，風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)經(jīng)常需要頻繁啟停以進(jìn)行迎風(fēng)控制，即便如此，偏航誤差仍不能被很好的消除，機(jī)組在絕大多數(shù)情況下處于偏航狀態(tài)下運(yùn)行。
　　基于上述工程實(shí)際問題，本文以大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，首先開展了基于風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)的等效風(fēng)速建模及其空間分布研究;然

2、后基于等效風(fēng)速分布模型和偏航誤差模型，進(jìn)一步研究了偏航誤差對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特性的影響;最后以偏航誤差對(duì)機(jī)組運(yùn)行特性影響的階段性差異為判據(jù)，提出了階段性優(yōu)化偏航控制策略的改進(jìn)方法。
　　論文采用MATLAB仿真分析與風(fēng)電場機(jī)組SCADA實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證的方法對(duì)課題內(nèi)容進(jìn)行了深入研究。主要研究工作及取得的成果如下:
　　現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正朝著大型化的趨勢(shì)快速發(fā)展，風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)對(duì)機(jī)組的影響愈發(fā)顯著，風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)對(duì)空間

3、風(fēng)速的影響使得風(fēng)速在風(fēng)輪掃略面上處處不同。針對(duì)這一問題，通過對(duì)風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)以及兩者共同影響下的風(fēng)速擾動(dòng)分量Wws，Wts和W+進(jìn)行深入研究，提出了具有普適性的n-葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等效風(fēng)速分布模型，并推導(dǎo)了等效風(fēng)速變換因數(shù)Weq的數(shù)學(xué)描述。采用MATLAB數(shù)值模擬了等效風(fēng)速的空間分布情況，并分析了2-葉片風(fēng)輪、3-葉片風(fēng)輪和4-葉片風(fēng)輪的等效風(fēng)速空間分布特點(diǎn)。以主流機(jī)型——3-葉片風(fēng)電機(jī)組為例，研究了風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)（R、H、A、x以及α

4、和n等）對(duì)等效風(fēng)速變換因數(shù)Weq的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明這些參數(shù)對(duì)等效風(fēng)速的影響各不相同。
　　通過推導(dǎo)并求解3-葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪掃略面內(nèi)的等效風(fēng)速模型，結(jié)合風(fēng)機(jī)特性模型和偏航誤差模型，研究了在不同風(fēng)速、不同控制階段下偏航誤差對(duì)機(jī)組運(yùn)行特性的影響。提出并推導(dǎo)了考慮偏航誤差的風(fēng)輪氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)Tc、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速系數(shù)Sc和機(jī)組功率系數(shù)Pc的數(shù)學(xué)模型。通過MATLAB進(jìn)行了仿真計(jì)算，并與風(fēng)場機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。研究結(jié)果表明風(fēng)機(jī)

5、運(yùn)行特性對(duì)偏航誤差的響應(yīng)隨風(fēng)速及機(jī)組控制階段的不同而出現(xiàn)明顯差異。
　　以某風(fēng)場2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究和測試對(duì)像，首先描述和分析了目標(biāo)機(jī)組的SCADA運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行了偏航系統(tǒng)性能分析，包括偏航過程分析、偏航誤差的分布特性和偏航動(dòng)作的隨機(jī)特性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前偏航控制策略的不足。然后針對(duì)偏航誤差在不同風(fēng)速、不同控制階段對(duì)機(jī)組運(yùn)行特性的不同影響規(guī)律，結(jié)合偏航誤差的概率分布特性及其與風(fēng)速變化的關(guān)系，提出了分段優(yōu)化偏航控制策略的思想和方法，