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1、兆瓦级风力发电机组偏航反时限优化控制徐卫峰,等兆瓦级风力发电机组偏航反时限优化控制lnverseTimeOptimizedYawControlforMWWindTurbines徐卫峰赵刚郝勇生严伟(南京南瑞继保电气有限公司电气研究院,江苏南京211106)摘要:为解决兆瓦级风力发电机组不能频繁偏航和及时响应的矛盾,采用体现能量特征的反时限方法获得相对风向阈值及延时时间。考虑输入信号的稳定性,使用均值对风速和风向进行处理。在流程上对相邻两次动作进行时间限制,提高设备使用寿命。在PLC控制器上构建了仿真环境,实测结果验证了该
2、算法的可行性及可靠性,为偏航系统优化运行提供可行指导。关键词:风力发电机组偏航控制风向标控制反时限PLC中图分类号:TP273+.1文献标志码:AAbstract:InordertoresolvethecontradictionbetweeninfrequentyawandtimelyresponseforMWwindturbines,theinversetimemethodreflectingenergyfeaturesisusedtoobtainedrelativewinddirectionthresholdandt
3、imedelayed.Toensurethestabilityoftheinputsignal,theaverageofwindspeedandwinddirectionisused.Servicelifeoftheequipmentisimprovedbylimitingthetimeperiodoftwoadjacentactionsoftheyaw.ThesimulationenvironmentisbuiltinPLCcontroller,theresultofrealtestsverifythefeasibil
4、ityandreliabilityofthismethod;itoffersfeasibleguidancetooptimaloperationoftheyawsystem.Keywords:WindturbineYawcontrolVaneControlInversetimePLC值、偏航激活延时以及触发条件进行了改进。0引言1.1风向标控制算法随着各国对风力发电的大力支持,相关控制技术风向标控制(V-C)算法的控制流程如图1所示。的研究也广泛开展起来。目前,研究主要集中在发电[1]流程控制、变桨控制、变流器控制等方面
5、,在偏航方面也取得了一些成果。如基于风向标的风向标控制[2](vanecontrol,V-C),基于功率的爬山法H-C控[3][4]制,及综合V-C和H-C的改进V-HC控制等。此[5]外,也出现了卡尔曼滤波的PI控制器、模糊控制器、[6]最优控制器等。上述算法和控制器对于兆瓦级以上的机组,虽理论上可行,但实际应用时存在一定的问题。如爬山法由于存在风速变化引起功率变化的情况,会触发偏航[7]的尝试操作,该试探性的偏航操作是多余的。本文基于传统风向标控制,设计了一种反时限风向标控制(inversetimevanecontr
6、ol,ITVC)算法,即通过反时限算法计算所需的偏差角度和延时,并采用改进的判断逻辑,取得了理想的预期效果。1ITVC算法图1风向标控制流程图ITVC算法对原风向标控制算法中的相对风向阈Fig.1Flowchartofvanecontrol风向标控制就是根据安装在风机机舱尾部的风向修改稿收到日期:2013-12-14。标测得的相对风向差,通过判断风向偏差的大小来控第一作者徐卫峰(1979-),男,2005年毕业于东南大学热能工程专业,获硕士学位,工程师;主要从事风机主控系统的开发及测试工作。制偏航,使得风机始终处于迎风状
7、态的一种策略。由46PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol.35No.10October2014兆瓦级风力发电机组偏航反时限优化控制徐卫峰,等于具有控制流程简单、维护方便等特点,V-C算法在大1/v’的取值在[0,1]之间,与1/v的区间匹配。中型风机上得到了广泛的应用。风向标有机械和超声通过数据分析可知,偏差角与无量纲风速的倒数[8]波两种类型,由于超声波风向标无机械结构,可靠性平方基本与原反余弦关系吻合,如图2所示。图中高,被广泛应用于风机。X轴为v/v,为无量纲风速,其中v为启动偏航
8、的下限00由于结构和自重问题,在考虑设备使用寿命与自风速。用电的情况下,大型风力发电机组不可能与小型机组一样可随时偏航保证对风,因此需合理规划启动偏航的时机,取得在发电量、设备使用寿命以及自用电三者之间的平衡,做到高风速下能及时响应、低风速下合理偏航。这取决与两个关键的因素,即启动偏航的相对风向的阈值和门槛越过后的延
