计及损耗的风电机组运行指标基准值研究

2019-07-25曹阳

商品与质量 2019年9期

曹阳

国电电力山西新能源开发有限公司山西大同 037000

1 风电机组优化指标体系建立

风能通过风力涡轮机转换成机械能，并且机械能通过变速箱传递到发电机并由发电机转换成电能。根据风电机组运行期间的能量流动，风力涡轮机的部件分为三部分：风力涡轮机，传动系统和发电机系统。在将风能转换为电能的过程中，风电机组运行能量损耗如图1所示。

图1 风电机组运行能量损耗图

1.1 风力机损耗

风力发电机中，风力机产生损耗的原因为：①风轮下游旋转尾造成的损失；②有限的叶片数量以及附着的叶尖损失；③气动阻力。风轮产生的功率为：

式中：为无量纲叶尖速比；Θ为桨距角；为风力机旋转角速度；n为风力机旋转速度；R为风力机风轮半径。

在风轮传递过程中影响风轮效率的主要因素是风速，叶轮速度和俯仰角。因此，选择风速，叶轮速度和桨距角作为影响风力涡轮机损失的相关参数。

1.2 传动系统损耗

齿轮箱功率损失主要包括搅油损失、齿轮啮合损失和轴承摩擦损失。

通过主驱动系统的损耗分析，齿轮箱速度和齿轮箱负载是影响传动效率的因素。该装置在运行过程中承受正常载荷和冲击载荷，但载荷的实时监测仍处于研究阶段；同时，通过一般计算难以获得齿轮啮合点的滑动速度。

通过发电机的损耗分析，可以得到发电机转速，定子电流，转子电流，磁感应和磁场交变频率，作为影响机组效率的因素。因此，选择电网电压，电网电流，发电机轴承温度，电网频率，发电机定子绕组温度和发电机速度作为双馈发电机效率的相关参数。

2 实例分析

为了验证该方法的有效性，以某风电场2MW并网风电机组为研究对象，每5min采集一次数据。选取2017年4月到10月的61618组历史数据，并进行分析。2MW双馈风电机组信息为：额定功率为2000kW，额定风速为9．2m/s，切入风速为3m/s，切出风速为20m/s。

2.1 选取研究的风速区间

影响机组有功功率大小的决定因素是风速。选取从4月到9月的52898个风速数据，根据频率划分机组的工况，4月到9月风速-概率曲线如图2所示。

图2 风速-概率曲线

由图2可知，风速在5-7m/s时的频率为0．31，高于其他风速区间，其中在5-6m/s的占51%。因此选取风速在5-6m/s时的机组历史数据作分析。

2.2 因子分析

采样充分度量和Bartlett测试是对5-6米/秒单位的历史有效数据进行的。试验结果表明，运行参数之间存在较强的相关性，优化参数指标体系的24个参数指标具有较强的通用性，适用于因子分析。特征因子砾石特征图如图3所示。从图3中可以看出，特征值在第六主成分后逐渐变平，表明前六个因子所代表的24个运行参数的线性组合可以完全解释风速为5-6米/秒的机组运行状态。因此，选择前六个因子作为操作参数的公因子。

图3

2.3 运行参数的基准值

对应于集群中心的运行参数是在5-6m/s风速下单元运行参数的参考值。表中显示了5-6m/s的设备运行参数的参考值。集群中心是从历史数据中选择的数据，与集群中心对应的运行参数是当前状态下单元的更好值。集群中心用作参考基准，不仅考虑了设备的运行状态，还优化了设备的有用功率，最终增加了设备的发电量。

运行参数聚类中心1 2 3 4 0.36 0.31 0.60 0.30 v 5.30 5.60 5.80 5.40 p 444.00 500.00 469.00 444.00 n1 10.44 10.67 10.55 10.37 θ 0.00 0.00 -0.01 0.03 T1 58.40 59.00 59.50 56.50 T2 62.51 60.40 68.25 65.24 T3 51.30 54.30 53.80 50.70 U1 398.00 396.00 396.00 400.00 I1 367.01 398.98 374.60 366.08 T4 56.52 51.16 58.64 50.82 T5 37.00 40.30 42.80 41.00 T6 42.40 36.60 46.80 41.10 f 50.02 50.04 50.01 50.02 n2 1362.93 1392.79 1377.13 1353.20 T7 9.30 17.90 20.90 18.30 d

表中：d为距离，m；v为风速，m/s；p为有功功率，kW；n1为叶轮转速，rad/s；θ为桨距角1，T1为齿轮箱高速轴承前端温度，℃；T2为齿轮箱高速轴承后端温度，℃；T3为齿轮箱油温，℃；U1为电网电压1，V；I1为电网电流1，A；T4为发电机定子1绕组温度，℃；T5为发电机非驱动端轴承温度，℃；T6为发电机驱动端轴承温度，℃；f为电网频率，Hz；n2为发电机转速，rad/s；T7为环境温度，℃。