风电机组偏航误差产生机理及调整策略研究

风电机组偏航误差产生机理及调整策略研究

温志杰

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摘要：近年来，我国风力发电产业得到了快速的增长，同时，其能源消耗也得到了极大的改善。风力发电设备的性能如何是直接影响到风电场效率和发电收益的重要因素之一，本文以风电机组为例介绍了其产生误差的机理和调整策略。

关键词：风电机组；偏航误差；风向预测

引言

随着我国国民经济和技术水平的不断发展，其能源消耗得到了极大改善与提高，对环境保护和能源可持续发展具有十分重要的意义；与此同时，风机设备的功率偏差问题也日益严重，对整个电网的稳定性和可靠性发挥着越来越重要的作用。本文针对风电机组偏航误差产生机理及调节策略进行了研究和分析。风电机组偏航误差是造成风电机组设备功率偏差的重要因素之一，影响着风电设备运行水平与效率。

一、概述

随着风力发电技术的发展，我国风力发电产业得到了快速的增长。据统计，目前，中国已形成了以江苏、福建、广东等沿海地区为核心的全国风力发电产业基地；同时也有部分地区成为风力发电行业的技术骨干。但在我国现有的风力发电设备中由于功率校正装置在风电场中的应用较为薄弱，造成风电场中功率偏差情况较为严重问题。例如有学者在某风电场中研究发现，该风电场中有一台型号为GV70-VV600V的风力发电机组在大风天气下运行时功率出现了偏差现象。而我国风机生产厂家对于功率偏差现象通常采取了三种解决方案，即：不允许偏航或者没有偏航条件；不允许功率漂移以及将功率漂移控制在最小范围之内；功率校正系统。本文将针对该现象进行详细研究。

二、风电机组偏航误差产生的机理

风电机组的安装作业是一项技术性较强的工作。在安装过程中要对机组内的风轮系统工作状况以及安装质量进行有效的控制与检查。确保安装质量达到一定的标准与要求之后再进行风轮的安装作业。对于风力发电机组来说，在风机安装过程中要保证其具有较高的安全性。由于风电机组正在进行安装作业过程中会出现偏航误差的情况。因此，要针对偏航误差产生的原因以及产生影响因素进行有效的预防处理，这样才能使偏航误差得到有效控制；对于风电机组内部的不稳定因素来说，可以通过提高机体温度、风力发电系统工作环境等方面来减少机组内部的不稳定性。由于风力发电系统中采用的风力发电机组其参数存在着差异性，所以需要针对风力发电系统性能以及生产工艺条件等方面对风电机组进行合理的设置以满足其性能要求。而且在进行风电发电厂调试过程中需要注意安全与环保问题，以免因风力发电机组在运行过程中发生安全事故造成影响。目前在运用海上平台进行发电作业时对于风力发电机会采取特定的安装方式，这样可以有效地保证风电机组能够在海上自由漂浮，并能有效地利用海洋风资源以降低风力发电站对环境造成的污染。

三、风电机组的偏航误差产生的原因分析

我国风力发电发展较晚，但近年来风力发电得到了迅速发展，并已逐步向规模化、商业化、产业化方向发展，成为我国电力发展的重要补充。随着风电机组安装技术的不断提高，风力发电设备在不同运行工况下具有一定的特性参数，并对运行状态进行实时监测并及时调整其参数使其处于最佳运行状态。但由于电力系统本身故障频繁难以发现。在实际风力发电过程中如出现电力故障也无法及时发现并调整风力发电机组参数以避免电力故障带来的损失。

四、风电机组产生偏航误差的主要影响因素

风能是人类社会最基本的动力来源，风速也是影响风电机组运行效率的一个重要因素。风速越大风机功率越大对发电效率的要求也越高。风速对发电效率的影响主要有以下几个方面：1）风能转化为电能的速度越快，对风电机组发电效率的提高起着越重要的作用；2）风压；3）风功率变化率（也就是风能转换为电能的效率）;4）风功率因数曲线；5）风速波形；6）风能转换装置；7）风机转子绕组的相数以及轴承大小；8）发电机位置。一般影响风能转换装置工作参数的因素主要有以下几个方面：风力发电装置本身运行的风速会受周围环境条件影响产生较大的风速偏差，风力发电装置自身也会在运行中因外界环境波动造成一定程度地风致偏差。风力发电设备本身会在运行过程中因外部环境变化而造成转子与地面摩擦产生较大噪音并引起电机振动。

五、解决风电机组偏航误差的主要策略：保持平衡

平衡调节是在保证风电机组运行效率的基础上，通过各种不同的技术手段来调节机组运行姿态，达到稳定风电场电网、保证电力供应和环境保护的目的。风电机组是一种新能源，具有高功率密度、高使用效率、高风压及强风特性的特点，并且能满足恶劣环境下的发电需求。为了克服风电场自身固有的参数变化规律与风电场外部环境的影响之间的矛盾（如风流量、风轮转速、风向角等），平衡调整主要通过技术手段来实现。平衡调整技术包括平衡调节理论、控制方法等。平衡调节理论建立在一定程度上克服了控制措施对风电场运行状态造成影响并能保证稳定输出风力发电量的基础上。系统中还包括通过各种控制手段来实现平衡调节方法。

六、风电机组输出电压和频率变化导致的风电机组偏航误差调节策略总结

从风电机组输出电压和频率变化导致的偏航误差调节策略中，主要有两种策略，即无功补偿策略和能量补偿策略。无功补偿策略：这种策略主要通过对无功电压的调整补偿风电机组功率损失；能量补偿策略：通过设置可调门来对电压调节补偿风电机组功率损失；能量补偿策略：通过设定一个能量补偿值来调整输出电压不平衡性。其中，前两种策略属于无功补偿方式。能量补偿指在风电机组运行时通过电流检测风电机组输出功率，计算风电机组电流输出电压变化导致风电机组功率损失。能量补偿策略：通过增加一段时间或频率变化阶段来控制输入电压与输出电压；通过利用电压补偿器或电流传感器实现功率损失。在实际运行过程中，当风电机组发生故障或者发生突发故障时，能量补偿策略能够有效地提高风电机组功率校验值。

七、结论与建议

本文以某风电机组为例，从偏航角度分析了其产生偏航误差的机理及方法。偏航精度是影响风电机组运行效率和发电量的重要因素之一，本文从风电机组偏航角度出发，研究了偏航误差产生的原因及调整方法。基于实际运行情况的风电机组偏航误差控制策略研究对提高风电机组在风电场中的运行效率和发电量具有至关重要的意义。本文基于对风力发电机偏航误差主要产生原因的分析及风电机组偏航精度控制策略研究，针对偏航存在问题提出了改善策略，通过改进设计参数消除偏航误差并对已有方法进行改进，在提高风电机组运行效率与发电量基础上改善了其运行性能。将风电机组偏航控制方法应用于风电场中可以提高风电机发电系统效率及发电量并减少设备运行所需要的能量。本文通过对风力发电机偏航误差产生机理及方法研究对风力发电机偏航质量及发电量具有极强的指导意义。但当前风电机组偏航误差控制技术仍处于初级阶段，因此仍需深入研究与探讨。通过提高风电机组运行效率与发电量进而降低设备运行所需要的能量值则对降低风电机组运行损耗具有重要意义。

参考文献

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[2]陈涛, 张文林, 刁书广. 某风电机组偏航过度扭缆事件原因分析及解决方案探究[J]. 自动化应用, 2021, 000(007):113-116.