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基于風(fēng)機(jī)控制技術(shù)的風(fēng)機(jī)優(yōu)化

欄目：行業(yè)新聞

發(fā)布時(shí)間：2022-07-30

有效的風(fēng)機(jī)控制正面對(duì)路上和海上風(fēng)電應(yīng)用的挑戰(zhàn)。大型的陸上V150-4.2MW風(fēng)機(jī)開(kāi)發(fā)就是在維斯塔斯自制的控制系統(tǒng)升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

任何的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)算法都是基于一組方程，逐步調(diào)整為特定的風(fēng)機(jī)模型和應(yīng)用。這樣做的主要好處在于可根據(jù)發(fā)電機(jī)額定扭矩和預(yù)先設(shè)定的切入/切出風(fēng)速來(lái)控制風(fēng)機(jī)的載荷。風(fēng)機(jī)控制將和硬件相集成，尤其是變槳、偏航、發(fā)電機(jī)和變流器軟硬件的集成。

最初的變槳變速風(fēng)機(jī)技術(shù)和風(fēng)輪直徑相匹配，變槳體現(xiàn)當(dāng)時(shí)Z新的技術(shù)水平?？刂扑惴ㄈ耘f采用Z初的基本的算法，輸出作為主函數(shù)。隨著風(fēng)輪的增加，作用在風(fēng)輪葉片上的載荷因高度不同而不同，這一點(diǎn)導(dǎo)致了周期性的、獨(dú)立變槳IPC技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，并于2003年該技術(shù)第一次獲得商業(yè)化應(yīng)用。傳統(tǒng)的IPC是根據(jù)風(fēng)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈風(fēng)輪所處的位置來(lái)調(diào)整葉片的變槳角度，目前基于葉片根部時(shí)時(shí)載荷測(cè)量技術(shù)的高級(jí)的IPC技術(shù)也正在應(yīng)用中。

在其V90-3.0MW陸上和海上風(fēng)機(jī)上就使用了基于載荷的IPC技術(shù)，并且已經(jīng)在幾千臺(tái)風(fēng)機(jī)上得到應(yīng)用。MHI Vestas V164風(fēng)機(jī)使用了經(jīng)過(guò)反復(fù)證明的特有算法，調(diào)整參數(shù)以期適應(yīng)特定風(fēng)機(jī)類型和運(yùn)行工況。

海上風(fēng)機(jī)載荷控制與陸上風(fēng)機(jī)有所不同，風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)(包括塔筒和基礎(chǔ))受波浪頻率，來(lái)自于風(fēng)的作用在葉片上的一階風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)激勵(lì)頻率和三只葉片通過(guò)的3P頻率共同作用。海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)一階固有頻率大小在波浪和3P固有頻率之間。

隨著風(fēng)機(jī)尺寸的增加，支撐結(jié)構(gòu)1P和3P固有頻率降低將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)波浪載荷增加，在目前開(kāi)發(fā)的7、8MW階段考慮了降低頻率和風(fēng)機(jī)載荷的影響。通過(guò)高級(jí)控制算法來(lái)降低支撐結(jié)構(gòu)上的機(jī)械部分的載荷，對(duì)于降低海上基礎(chǔ)的成本是非常有意義的。

還有一個(gè)挑戰(zhàn)就是對(duì)于大型的海上風(fēng)電場(chǎng)中的一部分風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況需要找到一個(gè)Z優(yōu)解。以一個(gè)西南方向?yàn)橹鲗?dǎo)的風(fēng)電場(chǎng)為例來(lái)說(shuō)明，處于東北角的風(fēng)機(jī)必然要受到穿過(guò)該風(fēng)電場(chǎng)沿著其主風(fēng)向尾流產(chǎn)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(fēng)況影響下的風(fēng)機(jī)都保持高性能。

GE在2008年的一臺(tái)新的2.5MW2.5xl風(fēng)機(jī)上使用了傳動(dòng)的獨(dú)立變槳IPC技術(shù)，使用該技術(shù)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(diǎn)就是引起變槳?jiǎng)幼黝l繁增加50%-100%，這樣的結(jié)果就是造成變槳軸承加速磨損，過(guò)早失效和更多的停機(jī)。GE提出了一個(gè)采用IPC技術(shù)方案作為優(yōu)化手段，要么是采用更大的風(fēng)輪或者要么是采用比較便宜的風(fēng)機(jī)。比如，風(fēng)輪直徑有Z初的88米增大到100米，而不必降低適用的風(fēng)況等級(jí)或者不需要加強(qiáng)輪轂、傳動(dòng)鏈和塔筒。