風(fēng)力發(fā)電機組偏航系統(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)輪捕獲的氣動載荷和功率都因之包含波動分量，致使機組振動、功率波動等問題突出;同時，自然界的風(fēng)隨機性強，風(fēng)速和風(fēng)向變化頻繁，風(fēng)電機組偏航系統(tǒng)經(jīng)常需要頻繁啟停以進行迎風(fēng)控制，即便如此，偏航誤差仍不能被很好的消除，機組在絕大多數(shù)情況下處于偏航狀態(tài)下運行。
　　基于上述工程實際問題，本文以大型風(fēng)力發(fā)電機組為研究對象，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，進一步研究了偏航誤差對風(fēng)力發(fā)電機組運行特性的影響;最后以偏航誤差對機組運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方法。
　　論文采用MATLAB仿真分析與風(fēng)電場機組SCADA實際運行數(shù)據(jù)對比驗證的方法對課題內(nèi)容進行了深入研究。主要研究工作及取得的成果如下:
　　現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機組正朝著大型化的趨勢快速發(fā)展，風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)對機組的影響愈發(fā)顯著，風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)對空間

3、風(fēng)速的影響使得風(fēng)速在風(fēng)輪掃略面上處處不同。針對這一問題，通過對風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)以及兩者共同影響下的風(fēng)速擾動分量Wws，Wts和W+進行深入研究，提出了具有普適性的n-葉片風(fēng)力發(fā)電機組等效風(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。以主流機型——3-葉片風(fēng)電機組為例，研究了風(fēng)機相關(guān)參數(shù)（R、H、A、x以及α

4、和n等）對等效風(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)電機組風(fēng)輪掃略面內(nèi)的等效風(fēng)速模型，結(jié)合風(fēng)機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機組運行特性的影響。提出并推導(dǎo)了考慮偏航誤差的風(fēng)輪氣動轉(zhuǎn)矩系數(shù)Tc、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速系數(shù)Sc和機組功率系數(shù)Pc的數(shù)學(xué)模型。通過MATLAB進行了仿真計算，并與風(fēng)場機組實際運行數(shù)據(jù)進行了對比驗證。研究結(jié)果表明風(fēng)機

5、運行特性對偏航誤差的響應(yīng)隨風(fēng)速及機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)電機組為研究和測試對像，首先描述和分析了目標機組的SCADA運行數(shù)據(jù)，進行了偏航系統(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作的隨機特性分析，發(fā)現(xiàn)當前偏航控制策略的不足。然后針對偏航誤差在不同風(fēng)速、不同控制階段對機組運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，