关键词：低风速发电;智能监控;智能增功
引言
针对低风速地区风资源情况复杂的问题，采用低风速风电场定制化开发，以风电场经济效益最优为目标，为低风速地区风电场定制化开发。
1风力发电及其控制技术的进展情况
由于自然风在不同时期和不同气候条件下会出现不同风速和风向，所以有效地控制发电系统是一项重要的工作，首先需要有效地控制好机组内的切入和切出电网、对输出功率进行控制、并检测风轮是否出现运行故障、做好保护措施。风力发电系统的控制技术由之前的定桨距恒速运行技术发展至现在的变桨距变速运行技术，有了较大的突破和超越，达到了城市中基本的供电指标。在风力发电机组中关键的技术是机组功率的调节技术，包括主动失速、定桨距失速和变桨距调节等。当下，风力发电机组具备了变桨距变速运行技术，对风速和风向的变化进行控制，另外，风力发电控制系统不只是在机组内达到脱网、并网和调向控制的作用，还可以通过变距系统进一步管控好机组的运行速度和功率，从而确保风力发电机组的安全以及速度的加快，推动电力行业的快速发展。
2定制化智能增功控制解决方案
2.1小风挂网
低风速风电场的平均风速较低，因此提升低风速、超低风速段的风能捕获性能显得尤为关键。该技术将通过双馈变频器，量身定制低风并网切入策略及低风转速控制点，通过控制主流程的精细化设计，将切入风速降低至2．8m/s。当变频器切入后，在相对较低的转速下运行。以及较高风速段的恒速运行(转速上限1812rpm)。定制化解决方案基于变频器特性在低风速下稳定运行，最小发电风速为2m/s，为超低风速风场的特殊风资源条件创造额外的发电收益，在有效降低切入次数的同时，大大提高发电时间。
2.2自适应功率控制
超低风速风电场的平均风速较低，因此实现风电机组变速运行，最大程度实现最佳风能利用系数曲线的跟踪控制显得尤为关键。变桨变速风机的切换点在额定风速点，在额定风速以下通过调节转矩追踪最优叶尖速比，实现风能最大捕获;在额定以上通过调节桨矩角来维持转速恒定。功率自适应控制技术主要包含两方面:动态最优转矩控制和最优桨距角控制。
(1)动态最优转矩控制
动态最优转矩控制技术的两个核心在于动态转矩控制和最优转矩控制。最优转矩控制技术相较于传统的变速变桨风力发电机组的转矩控制，在变桨控制环中加入解耦控制环，使转矩控制能平滑过渡于转矩环和变桨环之间，同时还能有效避免风电机组在瞬态的风速变化过程中过转速、过功率(可能会使机组出现极限载荷)，因此可以更大范围跟踪最佳Cp。变速变桨风机转速－转矩曲线如图1所示。
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图1变速变桨风机转速－转矩曲线
动态转矩控制技术基于实时测量的空气密度值(通过多功能气象仪测量)，动态跟踪Kopt，实时调整转矩给定(T=Kopt*Wgen(opt)2，Kopt∝ρ)，提高机组的风能利用效率。自适应最优转矩控制前后功率曲线对比如图2所示。
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图2采用自适应最优转矩控制前后功率曲线对比
(2)最优桨距角控制
在额定风速以下，桨距角给定值设置在0°只能在部分区间跟踪最佳Cp(风速在5～8m/s左右)。2MW机型机组，风速在3～5m/s一般设置在1゜左右，在满发点前，可设置－1゜
最优桨距角βopt与机型及环境(风速、空气密度等)关系紧密，一般对于高原机组容易产生失速现象，使机组运行功率曲线“右移”，此时最优桨距角在风速处于［8，VＲatedWindSpeed］区间可设置在+1゜左右。
综上，通过综合运用动态最优转矩控制技术(基于空气密度动态跟踪Kopt+最优转矩控制技术)和最优桨距角控制技术，年发电量提升2%～3%。由此实现了低风速和中等风速时最大功率输出。
2.3智能降载增功
智能降载增功是基于载荷控制算法来进行智能增容。可根据现场风资源的情况进行差异化转速转矩控制，在满足整机安全性及设计寿命的前提下自适应调整额定功率点，以实现在复杂地区的发电量最大化。
3风力发电及其增功控制技术的研究
（1）风力发电和电力电子变换器的控制技术：①电力电子变换器的控制技术。从整个风力发电系统中可以发现，存在着电力电子变换器，并且电力电子变换器的特征表现在多方面：使用面较为广泛，可以有效地用于大型风力发电系统中；风能转换过程中能量的转换率较高，完成转换后具备很高的传输效率；还可以完善无功功率因素；其使用的安全性和可靠性很高。电力电子变换器的运行功率高且功率范围也很大；该设备无须花费很多成本。通过运用pwm整流器于风电系统中，能够最好地控制系统的最大功率。而运用整流器的时候，通过矢量的控制方法可以解除有功功率和无功功率之间的障碍，保证无功功率符合运行的相关要求。另外，pwm整流器还可以使有功功率的输出量最大化，设置好直流环节并调整风电系统中无功和有功功率。②风力发电的控制技术。风力发电需要借助风力进行，这是因为风力与地面距离相差加大，这样一来，能量转化工作在空中就能完成。发电机和相关设备都需要努力提升工作效率，并且减轻物体的体重。永磁发电机的优势在于运行效率高且损耗较小，所以被普遍运用于风力发电系统中。发电机制造还可以通过模块化方式开展，这样能减少所需花费的成本，对风力发电系统的发电机进行管控的过程中，一般都会采用矢量的控制方法，这类方法有效地解除了交轴电流与直轴电流之间的矛盾，也就使系统功率的因数控制简单化。
3.2风力发电中无功功率补偿技术与谐波消除技术
第一，使用电力变流器和一些电力设备让相应的相位与谐波进行抵消；第二，适当调整电容器组，进而改变无功功率，从而减少谐波对无功功率的影响；第三，运用三角形的连接方式，这样能减少谐波的进入量。
结语
随着风电的发展，风机分布及风力机选型问题是风电场经营者必须考虑因素，对于不同容量风电场，随着风力机数量增加，虽然风电场总功率增大，但内部收益率会存在一个最大收益率。因此，对于低风速风电场来说，采用混排布置的风力机将是未来实际风电场工程的选择风力机机型等有一定指导意义。
参考文献
［1］周志超，王成山，郭力，等．变速变桨距风电机组的全风速限功率优化控制［J］．中国电机工程学报，2015(04)．
［2］邵联合，张梅有，吴俊华．风力发电机组运行维护与调试［M］．北京:化学工业出版社，2014．
论文作者:章书成
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期
论文发表时间:2020/1/9
标签：风速论文; 转矩论文; 功率论文; 最优论文; 技术论文; 机组论文; 变换器论文; 《当代电力文化》2019年 17期论文;