风电机组增功提效技术应用案例查看源代码讨论查看历史
 |
风电机组增功提效技术应用案例风力发电作为一种新兴的清洁、高效、可再生能源，是改善能源结构、实现可持续发展的有效手段之一，与其它新兴能源相比，风力发电是最经济最容易实现大规模生产的。
背景
风力发电作为一种新兴的清洁、高效、可再生能源，是改善能源结构、实现可持续发展的有效手段之一，与其它新兴能源相比，风力发电[1]是最经济最容易实现大规模生产的。我国风力资源丰富，作为一种自然资源，风力发电受到国家高度重视，国家出台了一系列政策，我国的风电发展呈现出一种前所未有的蓬勃景象。据统计，截止到2020年我国风电并网总装机容量已经高达210GW，跃居世界第一。
但目前国内风电行业形势严峻：1、风电开始竞价上网，上网电价补贴逐渐减少，并将于2021年实现零补贴上网；2、弃风率依然高企，2016年弃风率高达17%，2017年超10%；3、补贴延迟，应收账款增加，企业现金流压力增大。
所以机组发电量为行业及业主关注的重点，所以制定一套精度高、实施方便、不影响机组停机的机组增功提效技术，具有重要的现实意义。
应用案例
2.1项目概述
风力发电机组增功提效技术包括YADA算法的偏航控制优化、启动控制优化、自耗电优化，具体如下：
（1）运用YADA算法，修改偏航启停控制参数，修正偏航误差，降低无效偏航，提高偏航对风精度。
（2）启动控制优化主要为通过降低机组的启动风速，使机组在低风速的情况下也能发电，提高发电量；
（3）自耗电优化为修改齿轮箱润滑泵、冷却水泵[2]、冷却风扇，发电机冷却水泵、冷却风扇以及轴流风机的启停策略参数，减少自耗电（不影响机组正常运行）；
通过此技术，能有效的提高机组的发电性能。目前已在我司2MW机组风场中得到广泛应用，共运用了20多个风场，500多台机组。
2.2项目效益分析
贵州某风场的10台2.0MW机组应用了增功提效技术，在2020年通过第三方认证机构的分析及验证，最终机组的发电量平均提升了3%。
整个增功提效技术不涉及硬件成本，如叶片加长、空气密度仪等技术，都需要增加硬件成本，此技术只是软件技术优化。以一个5万kW容量的机组，年平均发电量为100000000kW.h，运用增功提效技术后，可提升发电量3000000kW.h。将带来巨大的经济效益。
技术要点
（1）YADA算法的偏航控制优化
在理想对风情况下，风电机组风轮的中轴线与风向的夹角为0°，但由于风向仪制造、安装、调试过程中存在不可避免的误差，使得机组无法完全正对风，导致机组发电量下降。根据空气动力学的贝兹理论，风电机组捕获的功率P表达式如下：
P=(ρCpAv3)/2，
式中:P为风轮吸收的功率；ρ为空气密度；A为风轮扫风面积；Cp为风能利用系数；v为风速。
风向夹角是指测风仪所测的绝对风向与机舱中轴线的夹角，取为θ。若机组偏航存在系统误差，即机组始终无法正对风，则风电机组损失的功率Ps=P(1－cos8θ)，例如偏航误差为6°，则可计算得到发电损失达1.63%。
YADA算法是偏航角度稳瞬态偏差实时跟踪与动态控制算法的简化名词。YADA算法需要结合偏航传动控制、偏航角度测量、载荷安全、运行状态和风况数据等信息，通过MATLAB程序计算机组偏航误差，提高偏航对风精度。
通常情况下，风电机组风向夹角θ超过一定角度(海装机组为±8°)时机组才开始偏航，将－θ～θ之间划分若干个区间，区间角度取为α。基于风向区间的模型如图6所示(为直观地显示，模型省略了叶片、机架、塔基等部件)。
按照风向角划分区间的方式将机组功率、风向、风速、发电机转速、变桨角度进行区间化处理，并剔除干扰数据，数据筛选原则参考IEC标准。若－α/2～α/2区间的功率曲线最优，则认为该机组不存在偏航误差，若α/2～3α/2区间的功率曲线最优，则认为该机组偏航存在α的误差。理论上讲，α越小，偏航误差越小。
海装机组风向夹角θ超过±8°时机组开始偏航，故将－8～8之间划分若10个风向区间，区间角度取为2，十个区间分别为：<-8、[-8,-6)、[-6,-4)、[-4,-2)、[-2,0)、[0,2)、[2,4)、[4,6)、[6,8)、≥8。筛选数据后，绘制出每个区间的功率曲线，选取最优功率曲线区间。若[-2,0)、[0,2)区间的功率曲线最优，则认为该机组不存在偏航误差，若区间的功率曲线最优，则认为该机组偏航存在2度的误差，以此类推。
（2）优化启动风速
根据风电机组设计规范，一般启动风速设计为3m/s，但结合实际运行数据，风电机组在不到3m/s的风速也具备切入发电条件，通过优化启动风速风机提前启机来提升发电量。
（3）自耗电优化
海装自适应节能控制技术，在保证机组安全和稳定工作基础上，综合机组主要耗电设备的工作特性和风场气候等因素，利用自适应、预控制、间歇控制、冗余控制、模式识别等技术优化辅助供电系统设备的控制策略，包括节能优化发电机冷却系统控制参数、节能控制优化齿轮箱低速油泵、节能优化齿轮箱高低速油泵启停切换等控制参数、节能优化齿轮箱冷却系统控制参数、节能优化控制轴流风机等。
经过风场验证结果表明采用节能降耗控制策略：在风速＜5m/s时，节能效果高达48.2%；在5m/s＜风速＜8m/s时，节能效果达到35.5%；在风速＞8m/s时，节能效果达到23%。提高发电量百分比为0.512%，降低综合场用电率1.8%。由此可得节能降耗控制策略安全稳定，节能效果明显。
应用前景
目前庞大的风电存量催生后运维市场。早期建设的风机，其设计理念、工艺、技术相对落后，为了发掘风机的最大潜力，达到建设资源合理利用的目的，增功提效技术因其成本低、精度高、通用性强的特点，适用于所有带偏航装置的水平轴风力发电机组。目前，市面上提高偏航对风精度大都采用激光雷达的方式，存在测试周期长、费用高的缺点，而且无法实现动态跟踪控制；而YADA算法不仅可缩短测试分析时间95%、减免部分激光雷达测试费用,还能够实时动态调节对风精度，具有更高的经济性和有效性。