智能风机功能配置分析及性能要求

智能风机功能配置分析及性能要求

赵伟

东方电气风电有限公司 四川 德阳 618000

摘要：风机的性能优劣直接关系到一个风电项目投资价值所在。智能风机采用先进的感知、自我学习以及智能决策等技术，使其具备了一定程度的“思维”能力。基于国内外风电机组的发展方向，以及电网对风电场的要求，为实现提高风电场发电量，降低成本，提高性能，对智能风机的深入研究越来越重要。基于此，本文主要分析了智能风机功能配置及性能要求方面的有关内容，可供参阅。

关键词：智能风机；功能；配置；性能；要求

1功能的配置

智能风机的功能配置包括智能测风系统、智能监测系统、智能控制系统、友好并网系统以及环境友好系统。智能风机深度感知是通过应用各种先进传感器对风机所处环境、自身状态的全方位、深层次感知，通过精准定位，为智能风机的管理和控制，提供准确有效的数据输入。智能风机对风速状态感知可通过智能测风系统实现，对大部件状态感知通过智能监测系统实现。智能风机自我认知和控制基于深度感知的多维数据，对数据进行科学分析，通过机器学习和深度学习，建立智能分析模型和控制策略，实现机组从自我识别、自我学习、自主控制到自主适应的过程。智能风机协同决策通过数据信息的共享，合理分配单机或风电场出力，实现风机之间、风电场间的互补。具备上述特征需具备智能控制系统，完成风机本身智能控制及风机之间的协调控制。智能风机针对生态、人居和电网等环境要求，通过分析感知信息和进行自身行为的预测，有效降低因机组噪声、光影闪变、叶轮转动等因素所造成的环境影响，同时从被动适应电网转换为主动支撑电网，实现对电网的友好性。

2性能要求

2.1智能测风系统

1)必须能测量风机前一定距离外的风速。2)必须能提供足够的信息量，能够测量多个距离的风速，有足够的采样频率，有先进的算法能够预测风吹到风轮时的风速。3)能输出每个距离原始激光测量数据、风轮面平均风速、风向、水平及垂直风速切变、风向切变以及湍流强度等。激光雷达技术传感器的性能在于测量距离、采样频率、测量精度。光束探测距离至少200m，采样频率至少4Hz，风速测量精度0.1m/s，风向测量精度0.5°。且测量用激光雷达必须有4光束或以上的光束，4光束激光雷达垂直半张角不易过大。

2.2智能监测系统

2.2.1机械振动状态监测系统

机械振动状态监测系统需要满足《风力发电机组振动状态监测导则》、《风力发电机组及其组件机械振动测量与评估》以及《风力发电机组振动状态评价导则》的要求。

2.2.3塔架状态监测系统

1)能够通过连续监测塔架倾角变化趋势，结合风机运行时的风速、功率、偏航角等，对塔架与机舱的健康状态进行评估，在塔架倾斜角度超出标准时，可及时给出报警，避免因塔架及基础的故障造成风机主体结构的破坏。2)能够通过对横滚角的长期监测，结合风机运行时的叶片转速，对叶片的启动不平衡、质量不平衡状态进行评估。3)结合偏航角的变化，能够对塔架的弯曲变形、基础变形进行评估。4)通过测量塔架角度的变化，获取塔架姿态，评估塔架当前受力情况与机舱晃动位移情况。5)通过长期监测塔架的低频振动频率变化，提示风机转动时需要避开的共振频率。6)应可联动风机控制系统，对塔架异常晃动状态进行有效控制。塔架状态监测系统主要分析功能应包括:塔架倾角落点罗盘图，塔架固有频率分析，阶跃状态分析，塔架晃动加速度、位移、波形频谱分析，塔架轴心轨迹分析，特征趋势显示、分析。

2.2.4基础沉降监测系统

1)可在线连续监测风机基础沉降的状态量化指标。2)可在线连续监测基础在水平方向的不均匀沉降及塔架倾斜度。3)可提供基础监测报表数据的查询及趋势分析功能。

2.3智能控制系统

智能控制系统由自适应变桨控制、独立变桨控制、自学习偏航控制、尾流协调控制等构成。自适应变桨控制技术应采用自适应算法并持续自学习，并配合最佳增益自适应寻优，获取不同风况下的动态最佳桨距角，实现最大程度捕获风能的效果。同时结合叶片特性、风轮特性采用自适应补偿和独立变桨控制，根据风轮面内的叶片位置、转速、载荷信息，精准的智能修正每支叶片的运行角度，能够极大地降低各叶片间的不平衡载荷。独立变桨控制应针对检测到的不平衡载荷，通过一定算法，将不平衡载荷转换为桨角控制，在协同控制的基础上，加上桨角的独立信号控制的算法机制，从而使3个桨角在存在不平衡载荷的情况下可以以不同的角度进行控制，补偿不平衡载荷。独立变桨系统组成包括:1套可靠的载荷传感器及其配套接口设备，作为控制的输入，需要在叶根处增加载荷传感器、在轮毂内安装传感器的接口设备、在滑环内安装旋转编码器；1套可靠的变桨执行机构，作为实现降低载荷的关键执行机构。自学习偏航控制可采用神经网络等预测算法构建准确的风模型，并在实际运行中不断学习校正模型，从而实现风速风向的预测，基于预测的风向数据提前进行偏航控制的优化，自动调节偏航系统的灵敏度及相应的辅助系统，减少不必要的偏航误动作，或提前启动正确偏航动作，更为精准地对风。尾流协同控制可通过与相邻风机的信息共享，每台风机能够感知到自己的工作状态，也能依此判断出与相邻风机的相互影响，从而实现智能协调，通过主动尾流控制有效减少因尾流引起的折损，以提升全场发电量并降低总体疲劳载荷水平。

2.4友好并网系统

1. 具备惯量支撑及一次调频能力；2)具备无功支撑及一次调压能力；3)具备更高的故障穿越能力；4)具备更宽的频率适应范围；5)具备更高的电能质量。风电场应具备一次调频功能，技术指标应满足《电力系统网源协调技术规范》的要求，风机响应精度、响应速度、响应命令时间间隔、响应滞后时间及通信速度需满足调频要求，并通过转子惯量及桨距控制，风机本身提供一定调频能力。为保证风电场电压稳定，在风电场稳态运行下，风机能提供33%的风电场装机容量的无功功率，且当系统处于低电压穿越时，风机最大能够提供100%的无功电流支撑。

2.5环境友好系统

风机在运行时产生机械噪音和气动噪音，影响周边居民的生活质量，为此智能风机需采取降噪措施:1)采用低噪音翼型、加装涡流发生器改善叶片边界层；2)加装尾缘锯齿；3)降低叶尖线速度；4)优化叶片气动外形设计；5)控制风机尾流扇区；6)添加阻尼装置、隔音装置。风机在功率曲线保证值下，根据IEC测试标准的噪声应为105dB。为减小风机运行时造成的光影污染，智能风机配置光影控制系统，依据风电场及机组所处地理位置、太阳高度、当前天气状况和机组运行工况等内外部信息，结合特定计算模型，动态预测光影的影响范围和闪烁频率。同时根据所保护的目标位置及可能的影响范围，实时改变机组的运行状态，调整偏航角度或调整机组叶片转速，以满足设定的光影闪变保护要求。

3结语

综上所述，本文从风机获取风速输入端至风机并网输出端，系统性地提出智能风机功能配置，实现了风机智能发电、主动预防、故障智能诊断、友好并网特性，并对各系统提出性能要求，希望能够提供参考价值。

参考文献

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作者介绍：

赵伟（1988.10.20）；男，籍贯：湖北襄阳；汉族；大学本科；工程师；产品开发；智慧系统开发；东方电气风电有限公司。