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提升风力发电机组发电能力的探索与研究

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成果主要完成人

高晓徽、郭吉祥、刘文佳、吴海涛

项目概况

提升发电机组发电能力创新性: 在确保机组安全运行的前提下,将原装34米长叶片更换为40.3米长叶片,通过更换齿轮箱高速轴系将转速比由原90:1升级为104:1,通过调整变桨控制、风向偏差校正、动态能量捕获等对控制系统进行有针对性的优化,使其能够吸收更多风能,从而提升发电能力、提高经济效。 重点创新内容的实施: 1.更换长叶片即需要将机组原装的70叶片卸下,再重新安装新的82叶片。同时需要保证新叶片的质量符合设计及工艺要求,并在安装前对叶片进行检查。 2.由于1.5MW/70/82两种机型的额定转速存在差异,齿轮箱速比不同,因此需要将齿轮箱的速比由原始的90调整为104。具体涉及高速轴组件(高速轴、两端轴承、定距环、锁紧螺母等)和末级大齿轮组件(齿轮、轴、两端轴承、定距环等)的更换。 3.主控策略优化 在确保机组的控制安全前提下,选配相应的智能控制模块,量身打造精品的发电量提升专版程序。实现机组一机一案的智能控制,且机组具有在线辨识机组风向偏差的功能,保障机组实时准确对风,吸收更多风能,提高机组的发电能力。确保机组在低风速区的发电能力平均提高5%以上,在满发以后机组的发电能力平均提高2.7%,年发电量可以提高3%~5%。 4.智能变桨控制技术 智能变桨控制技术,应用于低风速(风速小于10m/s)情况,动态寻找低风速下的叶片变桨角度最优值,确保机组相对最优的跟踪最优Cp曲线,从而使叶片吸收更多的风能,提高机组的发电能力。 5.智能风向偏差校正技术 风向偏差校正技术依据风机大量运行数据对比,并对机组多个子系统建模,实现多变量寻优和风向偏差识别的功能,得出每台机组的风向存在的偏差,并在软件中针对每台机组的运行参数进行优化,消除风向偏差,确保机组对风准确,从而提升机组的发电能力和改善机组的功率曲线。 6.智能动态能量捕获技术 根据风场大数据采集的当地空气密度和海拔高度、大气湿度等,通过数学模型建立多组最优力矩系数矩阵,依据现场机组实际的效果得出最优力矩系数,确保机组相对最优的跟踪最优Cp曲线,提高机组的发电能力。 经济效益分析: 将1.5MW机组的70叶片更换为82叶片后,机组的功率曲线在额定风速以前会有明显提升,考虑现场风资源点位及机组尾流影响,最终选择现场6台机组进行叶片梯级改造的发电量保守提升率为20.38%,叠加后续的主控优化程序后,最终提升幅度会更高。 可推广性分析: 该技术创新成果在风电新能源发电企业都得到了有效验证,并且在行业处于领先水平,下一步可在风力发电行业进行推广,提高整个行业的设备可靠性以及经济运行水平。