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基于風機控制技術的風機優化

2017-11-09 09:21:21 佛山市九洲普惠風機有限公司 已讀

  有效的風機控制正面對路上和海上風電應用的挑戰。大型的陸上V150-4.2MW風機開發就是在維斯塔斯自制的控制系統升級來實現的。

  任何的風機控制系統算法都是基于一組方程,逐步調整為特定的風機模型和應用。這樣做的主要好處在于可根據發電機額定扭矩和預先設定的切入/切出風速來控制風機的載荷。風機控制將和硬件相集成,尤其是變槳、偏航、發電機和變流器軟硬件的集成。

  最初的變槳變速風機技術和風輪直徑相匹配,變槳體現當時最新的技術水平。控制算法仍舊采用最初的基本的算法,輸出作為主函數。隨著風輪的增加,作用在風輪葉片上的載荷因高度不同而不同,這一點導致了周期性的、獨立變槳IPC技術研究開發,并于2003年該技術第一次獲得商業化應用。傳統的IPC是根據風輪每轉動一圈風輪所處的位置來調整葉片的變槳角度,目前基于葉片根部時時載荷測量技術的高級的IPC技術也正在應用中。

  維斯塔斯在其V90-3.0MW陸上和海上風機上就使用了基于載荷的IPC技術,并且已經在幾千臺風機上得到應用。MHI Vestas V164風機使用了經過反復證明的特有算法,調整參數以期適應特定風機類型和運行工況。

  海上風機載荷控制與陸上風機有所不同,風機支撐結構(包括塔筒和基礎)受波浪頻率,來自于風的作用在葉片上的一階風輪旋轉激勵頻率和三只葉片通過的3P頻率共同作用。海上風機支撐結構一階固有頻率大小在波浪和3P固有頻率之間。

  隨著風機尺寸的增加,支撐結構1P和3P固有頻率降低將導致風機波浪載荷增加,在目前開發的7、8MW階段考慮了降低頻率和風機載荷的影響。通過高級控制算法來降低支撐結構上的機械部分的載荷,對于降低海上基礎的成本是非常有意義的。

  還有一個挑戰就是對于大型的海上風電場中的一部分風機運行工況需要找到一個最優解。以一個西南方向為主導的風電場為例來說明,處于東北角的風機必然要受到穿過該風電場沿著其主風向尾流產生的較高疲勞載荷的影響,這就要求控制算法具有足夠的靈活性,既能在受到尾流影響情況下,又能在自由流風況影響下的風機都保持高性能。

  GE在2008年的一臺新的2.5MW2.5xl風機上使用了傳動的獨立變槳IPC技術,使用該技術的好處在于疲勞載荷降低:在輪轂和葉片法蘭處降低10%-15%,塔筒底部前后載荷減少6%-20%,左右降低15%-20%;缺點就是引起變槳動作頻繁增加50%-100%,這樣的結果就是造成變槳軸承加速磨損,過早失效和更多的停機。GE提出了一個采用IPC技術方案作為優化手段,要么是采用更大的風輪或者要么是采用比較便宜的風機。比如,風輪直徑有最初的88米增大到100米,而不必降低適用的風況等級或者不需要加強輪轂、傳動鏈和塔筒。


標簽:   風機 優化 控制