風力發(fā)電機組偏航系統誤差與控制策略研究.pdf

1、現代大型風力發(fā)電機組所處的三維風場中存在風剪切和塔影效應，風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，自然界的風隨機性強，風速和風向變化頻繁，風電機組偏航系統經常需要頻繁啟停以進行迎風控制，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，本文以大型風力發(fā)電機組為研究對象，首先開展了基于風剪切和塔影效應的等效風速建模及其空間分布研究;然

2、后基于等效風速分布模型和偏航誤差模型，進一步研究了偏航誤差對風力發(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，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仿真分析與風電場機組SCADA實際運行數據對比驗證的方法對課題內容進行了深入研究。主要研究工作及取得的成果如下:
　　現代風力發(fā)電機組正朝著大型化的趨勢快速發(fā)展，風剪切和塔影效應對機組的影響愈發(fā)顯著，風剪切和塔影效應對空間

3、風速的影響使得風速在風輪掃略面上處處不同。針對這一問題，通過對風剪切、塔影效應以及兩者共同影響下的風速擾動分量Wws，Wts和W+進行深入研究，提出了具有普適性的n-葉片風力發(fā)電機組等效風速分布模型，并推導了等效風速變換因數Weq的數學描述。采用MATLAB數值模擬了等效風速的空間分布情況，并分析了2-葉片風輪、3-葉片風輪和4-葉片風輪的等效風速空間分布特點。以主流機型——3-葉片風電機組為例，研究了風機相關參數（R、H、A、x以及α

4、和n等）對等效風速變換因數Weq的影響規(guī)律，研究結果表明這些參數對等效風速的影響各不相同。
　　通過推導并求解3-葉片風力發(fā)電機組風輪掃略面內的等效風速模型，結合風機特性模型和偏航誤差模型，研究了在不同風速、不同控制階段下偏航誤差對機組運行特性的影響。提出并推導了考慮偏航誤差的風輪氣動轉矩系數Tc、風輪轉速系數Sc和機組功率系數Pc的數學模型。通過MATLAB進行了仿真計算，并與風場機組實際運行數據進行了對比驗證。研究結果表明風機

5、運行特性對偏航誤差的響應隨風速及機組控制階段的不同而出現明顯差異。
　　以某風場2MW風力發(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運行數據，進行了偏航系統性能分析，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)現當前偏航控制策略的不足。然后針對偏航誤差在不同風速、不同控制階段對機組運行特性的不同影響規(guī)律，結合偏航誤差的概率分布特性及其與風速變化的關系，提出了分段優(yōu)化偏航控制策略的思想和方法，