复杂山地工况风电机组的偏航控制策略及应用

北极星风力发电网讯:近年来，三北地区装机容量饱和和弃风率等问题日益严重，越来越多的风电场项目开始转向面积广大的低风速区。这些低风速风电场一般都建设在山地环境，受高山和悬崖的影响，风湍流强度大、风向变化频繁。风向突变降低了风电机组风能捕获效率，减少了风电场发电量。如何提高这类风电场年发电量是广大业主和主机厂商们面临的一个重要问题。

本文研究对象为贵州四格风电场二期工程项目的GX93-2500机组，该项目位于贵州省六盘水市盘县坪地乡牛棚梁子山上，地形以山地地形为主，该工程场区内海拔在2200～2780米之间，年均空气密度约为0.92kg/m3，属于典型的高海拔、低密度风场，场址区域地形较复杂。受山地和悬崖影响，该风电场风向变化范围大且频繁。据统计机组每天平均偏航达300多次，为了最大捕获风能，机组需偏航追踪风向变化，但频繁启停偏航增加了机组载荷，也容易造成机组故障停机，影响可利用率。为此，机组偏航策略需平衡这两方面的需求，在尽量减少机组偏航启停次数的前提下，提高机组对风效率，提高机组发电量。

1.偏航系统原理

偏航系统是风电机组的重要组成部分，偏航系统对机组捕获最大风能和载荷影响较大。偏航控制系统包括自动偏航控制、偏航润滑、偏航解揽和手动偏航等子系统。自动偏航控制系统由风向标、偏航电机及减速齿轮箱、偏航刹车系统、偏航编码器、偏航轴承、纽缆保护装置等组成。

大型风力发电机组偏航系统为主动偏航，偏航系统工作原理如图1所示，主控PLC检测风向标和机舱位置信号，分析判断出当前风向，根据风向与机舱位置偏差，给偏航机构发出向左偏或向右偏指令。偏航指令下发后，偏航刹车压力降低到偏航余压值，偏航机构根据指令向左或向右偏航。当机舱与风向偏差小于控制系统设定值后，偏航机构停止工作，偏航刹车锁定，偏航结束。