【摘要】：常規(guī)認為的額定風速以下的恒定最優(yōu)槳距角在機組恒轉(zhuǎn)速段并不一定是最優(yōu)的。恒轉(zhuǎn)速段的最大功率跟蹤問題等同于特定轉(zhuǎn)速下的氣動轉(zhuǎn)矩最大化問題,以提高發(fā)電量為目標分析了在兩個恒轉(zhuǎn)速段內(nèi)切向力系數(shù)及法向力系數(shù)與槳距角的定性關(guān)系。分析表明,在恒最低轉(zhuǎn)速段通過合理地正調(diào)槳距角可以提升切向力系數(shù)并提高發(fā)電量,且可減輕軸向推力等載荷;在恒最高轉(zhuǎn)速段通過合理地負調(diào)槳距角可以提升切向力系數(shù)并提高發(fā)電量,但會增大軸向推力載荷;在兩個恒轉(zhuǎn)速段內(nèi)特定風速下均存在其對應的最優(yōu)槳距角,且最優(yōu)槳距角隨風速單調(diào)變化。針對最優(yōu)槳距角難以直接量化的問題,根據(jù)定性分析結(jié)果推斷出最優(yōu)槳距角的合理表達式,并給出了表達式中參數(shù)的離線辨識方法。最后采用專業(yè)軟件Bladed中的商用機組實際參數(shù)模型,從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩方面對恒轉(zhuǎn)速區(qū)提高發(fā)電量的變槳策略進行了驗證,仿真結(jié)果很好地證明了分析的正確性,從而更好地指導機組提高發(fā)電量。
【圖文】：

壓，導致電流不可控問題。在低風速區(qū)，為防止頻繁投切電網(wǎng)，永磁機組也會采用限定發(fā)電最低運行轉(zhuǎn)速的做法。1.3現(xiàn)有的解決方案由于nreal＜ndmd，，可見受到發(fā)電機和變流器的限制，在［vcutin，vn］風速區(qū)間不會都以λopt方式運行。通常的做法是將全風況劃分為4個區(qū)域［1，19，20］，僅在［v1，v2］風速區(qū)間(Ⅱ區(qū))保持λopt運行，這樣在［vcutin，v1］風速區(qū)間(Ⅰ區(qū))和［v2，vn］風速區(qū)間(Ⅲ區(qū))形成了兩個恒轉(zhuǎn)速段，Ⅳ區(qū)為額定風速以上的恒額定功率段(變槳動作)，如圖1所示。圖1典型的機組運行方式Fig.1TypicaloperationmodeofWECS一種常用的全風況下的機組主控制器控制方案如圖2所示。當機組轉(zhuǎn)速ω超出ωmax或機組電功率Pe超出額定功率Pn時，機組運行于Ⅳ區(qū)，此時變流器控制的轉(zhuǎn)矩指令限幅于Tmax，變槳控制發(fā)揮主導作用;否則槳距角指令恒定為βc，此時變流器控制發(fā)揮主導作用。變流器控制采用兩個變限幅的轉(zhuǎn)速閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)及Ⅱ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的平滑切換［1］，其中kopt是由風力機決定的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，ωmid可取為ωmax與ωmin的平均值，ωmax可取為略高于額定轉(zhuǎn)速ωn的值，這樣做的好處是在額定風速附近轉(zhuǎn)矩控制和變槳控制可以更好地解耦。本文仿真中ωn和ωmax分別取為1.2(pu)和1.22(pu)(以發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速為基準)。雖然轉(zhuǎn)速的限制使得風力機無法在Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)最大功率運行，上述控制方案仍可看作機組轉(zhuǎn)速限制條件下整機的“最優(yōu)方案”，但這種認識建立在通常認為的額定風速以下最優(yōu)槳距角恒定為某一角度βc(通常為0°)的基礎(chǔ)上。事實上，本文將證明恒轉(zhuǎn)速段的最優(yōu)槳距角并不恒定為0°，從而通過變槳?

有的解決方案由于nreal＜ndmd，可見受到發(fā)電機和變流器的限制，在［vcutin，vn］風速區(qū)間不會都以λopt方式運行。通常的做法是將全風況劃分為4個區(qū)域［1，19，20］，僅在［v1，v2］風速區(qū)間(Ⅱ區(qū))保持λopt運行，這樣在［vcutin，v1］風速區(qū)間(Ⅰ區(qū))和［v2，vn］風速區(qū)間(Ⅲ區(qū))形成了兩個恒轉(zhuǎn)速段，Ⅳ區(qū)為額定風速以上的恒額定功率段(變槳動作)，如圖1所示。圖1典型的機組運行方式Fig.1TypicaloperationmodeofWECS一種常用的全風況下的機組主控制器控制方案如圖2所示。當機組轉(zhuǎn)速ω超出ωmax或機組電功率Pe超出額定功率Pn時，機組運行于Ⅳ區(qū)，此時變流器控制的轉(zhuǎn)矩指令限幅于Tmax，變槳控制發(fā)揮主導作用;否則槳距角指令恒定為βc，此時變流器控制發(fā)揮主導作用。變流器控制采用兩個變限幅的轉(zhuǎn)速閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)及Ⅱ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的平滑切換［1］，其中kopt是由風力機決定的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，ωmid可取為ωmax與ωmin的平均值，ωmax可取為略高于額定轉(zhuǎn)速ωn的值，這樣做的好處是在額定風速附近轉(zhuǎn)矩控制和變槳控制可以更好地解耦。本文仿真中ωn和ωmax分別取為1.2(pu)和1.22(pu)(以發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速為基準)。雖然轉(zhuǎn)速的限制使得風力機無法在Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)最大功率運行，上述控制方案仍可看作機組轉(zhuǎn)速限制條件下整機的“最優(yōu)方案”，但這種認識建立在通常認為的額定風速以下最優(yōu)槳距角恒定為某一角度βc(通常為0°)的基礎(chǔ)上。事實上，本文將證明恒轉(zhuǎn)速段的最優(yōu)槳距角并不恒定為0°，從而通過變槳控制在不打破轉(zhuǎn)速限制條件的基礎(chǔ)上提高機組發(fā)電量。2恒轉(zhuǎn)速段提高發(fā)電量的變槳控制在恒轉(zhuǎn)速段追求最大功率等同于?

【參考文獻】

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本文編號：2691538