本發(fā)明涉及一種可再生能源領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種大型風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)情況下的偏航優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
2016年中國風(fēng)電新增裝機量2337萬千瓦，累計裝機量達(dá)到1.69億千瓦；其中海上風(fēng)電新增裝機59萬千瓦，累積裝機容量為163萬千瓦。風(fēng)電已超越核電成為繼煤電和水電之后的第三大主力電源。隨著風(fēng)電新增裝機容量的節(jié)節(jié)高升，如何在有限條件下提高發(fā)電量是風(fēng)電行業(yè)設(shè)計者孜孜不倦追求的目標(biāo)。
風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪受風(fēng)力驅(qū)動傳動鏈上的齒輪箱和發(fā)電機，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。機組偏航系統(tǒng)的主要功能是機頭正對風(fēng)向，風(fēng)輪正面迎風(fēng)，此時捕獲的能量能最大。風(fēng)電行業(yè)常用做法是設(shè)定一個對風(fēng)誤差，當(dāng)機艙位置和風(fēng)向的夾角到達(dá)一定數(shù)值時，啟動偏航實時跟蹤變化的對風(fēng)功能。然而由于偏航速度慢、風(fēng)向隨機變化、測量誤差等原因，機艙位置(機頭)和風(fēng)向不可避免的存在一定的夾角。由于該夾角的存在，機組不能捕獲最大風(fēng)能，將帶來某種程度的發(fā)電量損失，當(dāng)機艙位置和風(fēng)向達(dá)到10°時，功率損失約為5％。因此，減少對風(fēng)誤差是一個發(fā)電量的直接而有效的途徑。
由于機艙需要根據(jù)風(fēng)向變化不停地對風(fēng)，以使機頭正對風(fēng)向使風(fēng)能捕獲最大。當(dāng)機艙旋轉(zhuǎn)的時候，風(fēng)電機組的塔筒是固定不動的，當(dāng)機艙旋轉(zhuǎn)達(dá)到一定角度，則引起塔筒內(nèi)的電纜扭纜，將挑戰(zhàn)塔筒的電纜的耐扭纜屬性。工業(yè)中常用做法是通過增加導(dǎo)電滑環(huán)的方法，來解決電纜扭纜的問題，如風(fēng)輪相對機艙旋轉(zhuǎn)由此造成的扭纜問題，通常通過滑環(huán)來解決扭纜問題；由于風(fēng)向短時間不會突變，偏航扭纜次數(shù)不像風(fēng)輪扭纜那么頻繁，因此風(fēng)電行業(yè)中通常用解纜的方法解決扭纜的問題。當(dāng)塔筒電纜扭纜到一定程度，執(zhí)行機組停機偏航解纜動作，機組通過停機，利用偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機艙將塔筒內(nèi)電纜恢復(fù)至原來的順直狀態(tài)的過程稱為解纜。然而由于偏航速度很慢，通常為0.3～0.5°/s，偏航一圈約12～20min，若在大風(fēng)期間頻繁停機解纜，將引起較大的發(fā)電量損失。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種大型風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)情況下的偏航優(yōu)化方法，該方法能減少機組大風(fēng)期間由于解纜而導(dǎo)致的停機時間，有效避免損失發(fā)電量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種大型風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)情況下的偏航優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟：1)采用自動對風(fēng)策略，將風(fēng)速分為大風(fēng)偏航風(fēng)速和小風(fēng)偏航風(fēng)速兩級；2)對于大風(fēng)偏航風(fēng)速，采用大風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ2|；對于小風(fēng)偏航風(fēng)速，采用小風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ1|；其中，|ξ1|＞|ξ2|；ξ為對風(fēng)誤差，|ξ1|為小風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，|ξ2|為大風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，絕對值||符號表示此處不區(qū)分順時針或逆時針對風(fēng)誤差；3)當(dāng)對風(fēng)誤差ξ滿足啟動偏航條件后，執(zhí)行偏航跟蹤風(fēng)向進行對風(fēng)，根據(jù)對風(fēng)誤差ξ來決定對風(fēng)偏航方向；4)機艙旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)機艙旋轉(zhuǎn)達(dá)到預(yù)設(shè)角度，則引起塔筒內(nèi)的電纜扭纜，此時進行解纜優(yōu)化，使機組在小風(fēng)期間多偏航，大風(fēng)期間少偏航多發(fā)電。
進一步，所述步驟1)中，當(dāng)風(fēng)速大于設(shè)定風(fēng)速v＞v0時，為大風(fēng)偏航風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速小于設(shè)定風(fēng)速v＜v0時，為小風(fēng)偏航風(fēng)速；其中，v為輪轂風(fēng)速、v0為預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值。
進一步，所述步驟2)中，當(dāng)采用小風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ1|時，其過程如下：2.1)判斷對風(fēng)誤差是否大于小風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，若大于則進入下一步；2.2)判斷風(fēng)速是否小于設(shè)定風(fēng)速，若不小于設(shè)定風(fēng)速則返回步驟2.1)，同時進行大風(fēng)對風(fēng)策略；若小于設(shè)定風(fēng)速則進入步驟3)。
進一步，所述步驟2)中，當(dāng)采用大風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ2|時，其過程如下：判斷對風(fēng)誤差是否大于大風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，若大于則進入步驟3)；若不大于則進行小風(fēng)對風(fēng)策略。
進一步，所述步驟3)中，當(dāng)ξ＞0時，順時針偏航；當(dāng)ξ＜0時，逆時針偏航。
進一步，所述步驟4)中，解纜優(yōu)化過程如下：4.1)將風(fēng)速分為大風(fēng)解纜風(fēng)速和小風(fēng)解纜風(fēng)速兩級；4.2)對小風(fēng)解纜風(fēng)速采用小風(fēng)解纜策略
進一步，所述步驟4.1)中，當(dāng)風(fēng)速大于設(shè)定風(fēng)速v＞v0時，為大風(fēng)解纜風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速小于設(shè)定風(fēng)速v＜v0時，為小風(fēng)解纜風(fēng)速。
進一步，所述步驟4.3)中，當(dāng)
進一步，所述步驟4.2)中，當(dāng)采用小風(fēng)解纜策略
進一步，所述步驟4.2)中，當(dāng)采用大風(fēng)解纜策略
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明對目前機組普遍采用自動對風(fēng)偏航策略進行優(yōu)化，分為大風(fēng)偏航和小風(fēng)偏航兩種策略，同時優(yōu)化大風(fēng)偏航和小風(fēng)偏航的對風(fēng)誤差選擇策略，使得機組大風(fēng)期間偏航誤差盡可能小。2、本發(fā)明在自動對風(fēng)策略基礎(chǔ)上，充分利用電纜的耐扭特性，對偏航解纜策略進行類似的優(yōu)化，讓機組在小風(fēng)期間多偏航，大風(fēng)期間少偏航多發(fā)電，減少機組大風(fēng)期間由于解纜而導(dǎo)致的停機時間。綜上所述，本發(fā)明應(yīng)用廣泛、實用性較強、可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)中。
附圖說明
圖1為對風(fēng)誤差示意圖；
圖2為功率損耗和對風(fēng)誤差關(guān)系圖；
圖3a是本發(fā)明的對風(fēng)誤差策略優(yōu)化流程示意圖；
圖3b是本發(fā)明的解纜策略優(yōu)化流程示意圖；
圖4為扭纜角度示意圖。
具體實施方式
由于機組的功率和風(fēng)速為3次方關(guān)系，即
其中，p為風(fēng)輪捕獲的功率，ρ為空氣密度，a為風(fēng)輪掃掠面積，vp為風(fēng)輪實際接收的風(fēng)速。當(dāng)機艙位置和風(fēng)向之間存在偏差，機艙位置和風(fēng)向的夾角稱為對風(fēng)誤差ξ：
ξ＝θm-θn(2)
其中，θm為風(fēng)向，θn為機艙位置，ξ為對風(fēng)誤差，如圖1所示。
由于該夾角的存在將發(fā)生發(fā)電量損失，這時風(fēng)輪實際接收風(fēng)速vp和風(fēng)輪風(fēng)速v關(guān)系如下：
vp＝vcosξ(3)
因此，風(fēng)輪實際功率p為：
根據(jù)上述公式可知，當(dāng)對風(fēng)誤差ξ達(dá)到10°時，機組功率將損失約5％，功率損耗和對風(fēng)誤差關(guān)系如圖2所示。因此，偏航動作頻次和功率最大化是對矛盾。偏航頻次高，對風(fēng)向的隨機變化跟的緊，將減小對風(fēng)誤差，提高風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的能力，但是偏航本身就是一個耗電機構(gòu)，偏航頻次高也將增加偏航等機械部件的磨損；偏航頻次低，對風(fēng)向變化不敏感，增大了對風(fēng)誤差，使風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的能力下降，好處是減少偏航耗電和減少偏航磨損。因此，本發(fā)明提供了一種大型風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)情況下的偏航優(yōu)化方法，以使機組大風(fēng)期間偏航誤差盡可能小，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的大型風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)情況下的偏航優(yōu)化方法包括以下步驟：
1)如圖3a所示，采用自動對風(fēng)策略，將風(fēng)速分為大風(fēng)偏航風(fēng)速和小風(fēng)偏航風(fēng)速兩級：當(dāng)風(fēng)速大于設(shè)定風(fēng)速v＞v0時，為大風(fēng)偏航風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速小于設(shè)定風(fēng)速v＜v0時，為小風(fēng)偏航風(fēng)速；其中，v為輪轂風(fēng)速、v0為預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值。
2)對于大風(fēng)偏航風(fēng)速，采用大風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ2|；對于小風(fēng)偏航風(fēng)速，采用小風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ1|；其中，|ξ1|＞|ξ2|；ξ為對風(fēng)誤差，|ξ1|為小風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，|ξ2|為大風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，絕對值||符號表示此處不區(qū)分順時針或逆時針對風(fēng)誤差。
3)當(dāng)對風(fēng)誤差ξ滿足啟動偏航條件后，執(zhí)行偏航跟蹤風(fēng)向進行對風(fēng)，這時根據(jù)對風(fēng)誤差ξ來決定對風(fēng)偏航方向：當(dāng)ξ＞0時，順時針偏航(cw)；當(dāng)ξ＜0時，逆時針偏航(ccw)。
4)當(dāng)機艙旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)電機組的塔筒是固定不動的，當(dāng)機艙旋轉(zhuǎn)達(dá)到預(yù)設(shè)角度時，則引起塔筒內(nèi)的電纜扭纜，此時需進行解纜優(yōu)化。
5)如圖3b所示，解纜優(yōu)化利用電纜的耐扭特性(如圖4所示)，使機組在小風(fēng)期間多偏航，大風(fēng)期間少偏航多發(fā)電，以減少機組大風(fēng)期間由于解纜而導(dǎo)致的停機時間。具體過程如下：
5.1)將風(fēng)速分為大風(fēng)解纜風(fēng)速和小風(fēng)解纜風(fēng)速兩級：當(dāng)風(fēng)速大于設(shè)定風(fēng)速v＞v0時，為大風(fēng)解纜風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速小于設(shè)定風(fēng)速v＜v0時，為小風(fēng)解纜風(fēng)速；
5.2)對小風(fēng)解纜風(fēng)速采用小風(fēng)解纜策略
5.3)當(dāng)扭纜角度
上述步驟2)中，當(dāng)采用小風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ1|時，其過程如下：
2.1)判斷對風(fēng)誤差是否大于小風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，若大于則進入下一步；
2.2)判斷風(fēng)速是否小于設(shè)定風(fēng)速，若不小于設(shè)定風(fēng)速則返回步驟2.1)，同時進行大風(fēng)對風(fēng)策略；若小于設(shè)定風(fēng)速則進入步驟3)。
上述步驟2)中，當(dāng)采用大風(fēng)對風(fēng)策略|ξ|＞|ξ2|時，其過程如下：判斷對風(fēng)誤差是否大于大風(fēng)對風(fēng)時的最大對風(fēng)誤差，若大于則進入步驟3)；若不大于則進行小風(fēng)對風(fēng)策略。
上述步驟5.2)中，當(dāng)采用小風(fēng)解纜策略
5.2.1)判斷扭纜角度是否大于小風(fēng)解纜時的最大扭纜角度，若大于則進入下一步；
5.2.2)判斷風(fēng)速是否小于設(shè)定風(fēng)速，若不小于設(shè)定風(fēng)速則返回步驟5.2.1)，同時進行大風(fēng)解纜策略；若小于設(shè)定風(fēng)速則進入步驟5.3)。
上述步驟5.2)中，當(dāng)采用大風(fēng)解纜策略
上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。