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基于風(fēng)機控制技術(shù)的風(fēng)機優(yōu)化

欄目：行業(yè)新聞

發(fā)布時間：2022-07-30

有效的風(fēng)機控制正面對路上和海上風(fēng)電應(yīng)用的挑戰(zhàn)。大型的陸上V150-4.2MW風(fēng)機開發(fā)就是在維斯塔斯自制的控制系統(tǒng)升級來實現(xiàn)的。

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

最初的變槳變速風(fēng)機技術(shù)和風(fēng)輪直徑相匹配，變槳體現(xiàn)當(dāng)時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，這一點導(dǎo)致了周期性的、獨立變槳IPC技術(shù)研究開發(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)動一圈風(fēng)輪所處的位置來調(diào)整葉片的變槳角度，目前基于葉片根部時時載荷測量技術(shù)的高級的IPC技術(shù)也正在應(yīng)用中。

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

海上風(fēng)機載荷控制與陸上風(fēng)機有所不同，風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)(包括塔筒和基礎(chǔ))受波浪頻率，來自于風(fēng)的作用在葉片上的一階風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)激勵頻率和三只葉片通過的3P頻率共同作用。海上風(fēng)機支撐結(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)機波浪載荷增加，在目前開發(fā)的7、8MW階段考慮了降低頻率和風(fēng)機載荷的影響。通過高級控制算法來降低支撐結(jié)構(gòu)上的機械部分的載荷，對于降低海上基礎(chǔ)的成本是非常有意義的。

還有一個挑戰(zhàn)就是對于大型的海上風(fēng)電場中的一部分風(fēng)機運行工況需要找到一個Z優(yōu)解。以一個西南方向為主導(dǎo)的風(fēng)電場為例來說明，處于東北角的風(fēng)機必然要受到穿過該風(fēng)電場沿著其主風(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)機都保持高性能。

GE在2008年的一臺新的2.5MW2.5xl風(fēng)機上使用了傳動的獨立變槳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%;缺點就是引起變槳動作頻繁增加50%-100%，這樣的結(jié)果就是造成變槳軸承加速磨損，過早失效和更多的停機。GE提出了一個采用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。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)況等級或者不需要加強輪轂、傳動鏈和塔筒。