摘要：本文介绍了风速预估前馈控制策略的基本原理，并描述了风速预估前馈控制策略对兆瓦级风力发电机组在性能上影响，它的实施将改善高湍流风况下的风机运行特性。
关键词：风力发电机组，风速预估，前馈控制
一、风速预估前馈控制的基本原理
风力发电机组的能量来源是风，对于变速变桨风力发电机组来说，风速和叶片的角度有对应关系，一般是在额定风速以下，叶片角度保持在最佳风能利用系数位置，超过额定风速以后，随着风速的增加，叶片会朝停机位置变桨，以减少风能吸收；由于风力发电机组的风速计一般都是装在风机机舱尾部，受风轮旋转尾流的影响，其测量值并不能实际反应风机轮毂位置的实际风速；因此，风机机舱风速计测量到的风速信号不能参与风机的变桨控制，一般只是将它作为风力发电机组切入切出的控制信号，风机变桨控制都是通过轮毂转速和叶片角度等信号作为控制参数。本文将风机轮毂本身作为风速测量系统，通过该方式计算出某时刻的轮毂所在位置的风速值，并将该值参与风力发电机组变桨控制，以提高风机的动态性能，这种策略叫做风速预估前馈控制。
上图中，轮毂转速和功率输出都作了归一化处理，从仿真结果可以看出使用预估风速前馈控制有以下优点：
（1）风速预估前馈控制可以提高风机在大湍流风速条件下的运行平稳性。由于前馈控制可以适当提前使叶片往0度方向或者90度方向变桨，如图2所示，因此在大湍流风速情况下，可以使风机运行平稳，减少风机载荷，提高输出功率的平稳性，如图3所示。
（2）风速预估前馈控制可以减少轮毂转速的波动，如图4所示。经计算可以减少3%的转速波动，而转速控制对于风力发电机来说是一个最为重要的作用，风机转速控制的平稳性可以优化风机的机械受力，同时对于电气部件尤其是变频器运行的可靠性大为增加。
（3）风速预估前馈控制可以适当增加发电量输出。在额定风速以上时，经计算可以增加0.5%左右。以一台2MW风机为例，如果增加0.5%的发电量，以每年2500等效小时数，那么可以为客户新增发电量2500*2000*0.005=2.5万度电。
三、总结
通过增加风速预估前馈控制策略功能，可以减少轮毂转速波动，减少风机载荷，增加风机发电量，提高风机运行的稳定性和响应速度，尤其是在南方山地风场具有明显优势。
参考文献：
[1]E.L. van der Hooft；T.G. van Engelen. Feed forward control of estimated wind speed. technical report ECN-C-03-137 2003
[2]Tony Burton等 著，武鑫 等 译. 风能技术.科学出版社.2007
论文作者:黄建鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
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