风电机组紧急停机不直接甩负载对载荷的影响分析

摘要：我国风电产业进入了新时代的同时也進入了平价时代，竞争日益激烈，为降低成本，提高产品竞争力，长叶片、高塔筒、大容量机组是趋势所在，但是风机常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这就造成机组载荷越来越大，对机组的运行构成很大的安全隐患，给业主的经济效益带来负面影响。本文针对dlc5.1紧急停机工况，基于Bladed4.8环境下仿真计算。对比分析在触发紧急停机过程中，发电机直接甩负载和延迟甩负载对机组运行以及机组载荷的影响。通过仿真验证其效果，得出结论：紧急停机时不直接甩负载可有效减小机组振动，从而减小机组载荷，改善机组运行状况。

关键词：甩负载;仿真验证

1引言

我国风力发电技术的开发利用起源于20世纪70年代，但是在国家的大力支持和倡导下，近些年来风力发电技术发展突飞猛进，并且取得了很大的进展[1]。可再生能源逐渐代替常规能源，可以改善生存环境，造福人类，提高我们的生活水平[2] [3]。

“3060”计划的提出，标志着我国风电产业进入了新时代，同时也进入了平价时代，竞争日益激烈，为降低成本，提高产品竞争力，长叶片、高塔筒、大容量机组是趋势所在，但是风机常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这就造成机组载荷越来越大，对机组的运行构成很大的安全隐患，给业主的经济效益带来负面影响。本文针对dlc5.1紧急停机工况（工况设置根据IEC61400-1[4]第3版载荷工况设置），基于Bladed4.8[5]环境下仿真计算。对比分析在触发紧急停机过程中，发电机直接甩负载和延迟甩负载对机组运行以及机组载荷的影响。

2基本原理

工况简介：DLC5.1工况，紧急停机工况，考虑风力发电机组风速从额定风速减2m/s风速到切出风速范围内的正常湍流风况（Normal turbulence model ， 简称NTM）。

直接甩负载：当机组紧急停机时，发电机立即脱网，发电机转矩立马降为0，此时对机组造成很大冲击，释放能量，发电机转速会迅速上升，造成载荷急剧增加，容易出现极限载荷;延迟甩负载：当机组紧急停机时，发电机不立即脱网，发电机转矩在某个设定的时间段内逐渐降为0。延迟甩负载减小载荷的基本原理：减小紧急停机过程中机组的负方向推力，从而减小传动链的扭转振动，同时降低叶片截面在edgewise方向载荷。

3 仿真验证及结果对比

仿真验算，进行载荷对比。在控制算法中增加延迟甩负载功能、设置好相关参数。基于bladed模型，正确设置dlc5.1工况，分别设置立即甩负载和延迟甩负载两种情况。

基于明阳某机型，仿真工况dlc5.1a+01（IEC-3rd）结果如下：图1为策略前后发电机转矩曲线图;图2 策略前后低速轴转矩曲线图;图3策略前后Blade Mx （Root axes）曲线图，其中黑线为原控制器下（立即甩负载）曲线，红线为控制策略优化（（延迟甩负载）后曲线。 策略前后Blade Mx （Root axes）反向最小值对比（未加安全系数），可以看出，Blade Mx （Root axes）反向最小值下降约9.678%，效果明显。

对紧急停机工况发电机是否直接甩负载进行载荷计算分析得出：延迟甩负载可有效减小机组振动，减小机组载荷。值得注意的是，在实际现场应用中，不直接甩负载必须有硬件支撑，要保证在设置的时间范围内变频器仍然可以正常工作。

参考文献：

[1] 斯卡尔.变速恒频交流励磁风力发电机系统及其控制原理研究：（硕士学位论文）.南京：河海大学，2004.

[2] 李建林，许洪华.风力发电中的电力电子变流技术.北京：机械出版社，2008.

[3] 李树江，周玲.双馈风力发电机的变论域模糊控制.电气技术，2010，12：13-17.