本技术涉及风机偏航控制技术,提出了一种基于偏航尾流模型的风力机偏航协同控制方法与系统。该方法首先选定三台风力机作为目标机组,通过计算功率损失率获得尾流损失评价指标,进而确定受尾流影响的风力机。接着,构建以风力机总输出功率为优化目标的目标函数,建立偏航角与下游风机来流风速的函数关系,以及利用相邻风力机的静态功率曲线确定来流风速与输出功率的关系。通过设置来流风速,优化风力机的偏航角以最大化输出功率。本发明利用三维偏航尾流模型,通过偏航功率计算实现三台风力机的优化策略,实现不同风速下的主动偏航协同控制。
背景技术
上游来风流经风力机后速度下降,湍流强度增加,这种现象被称为尾流效应。尾流效应导致在风力机尾流影响范围内的下游风力机出力下降且疲劳载荷增大,造成的能量损失对风电场的经济性有着重要的影响,处在完全尾流区的风力机的功率损失更为显著。
目前在风电场实际运行中,单个风力机基于最大功率点跟踪(maximum powerpoint tracking,MPPT)策略进行最大化自身功率输出。然而风机自身的最大功率点跟踪策略只考虑到了单个风机本身的功率输出,而忽略了风机之间的尾流相互作用对下游风机功率的影响,因而无法实现整个风电场的最优输出。因此,通过缓解尾流效应来提高风电场效率受到了广泛的关注。
针对商业风电场提出的主要尾流控制方法主要有两类:偏航控制和轴向诱导因子控制。轴向诱导因子控制方法是通过控制上游机组的推力系数以改变其风能捕获状态,可让更多的风能进入下游,既提升了下游机组的发电量,又减弱了湍流对下游机组使用寿命的不利影响,但该类方法需要根据风速变化精确地调节桨距角与机组转速等条件,实现起来难度较大;第二种方法是控制机组的偏航,机组的偏航控制原本是用于实现叶轮自动对风的,以实现风轮的最大风能捕获。在偏航优化控制中,通过偏航角度控制,改变下游的尾流损失大的中心域,使其偏离受影响的风力机,当下游风力机工作环境完全处于上游机组尾流区域时,通过对上游风力机主动偏航控制,使风轮偏向一侧的一定角度时,上游风力机所产生的尾流会发生偏移,其尾流中心线会偏离下游风力机风轮中心,这时上游风电机产生的尾流对下游风力机的影响就会降低,从而提高下游风力机的功率并且减少疲劳载荷。虽然上游风力机偏航后功率同样会有所损失,但这些功率损失会由下游风力发电机组功率的增加而弥补,这对风力发电厂总体发电量的提升、效益的增加有着重要意义。
根据是否通过模型求解直接指导控制动作,尾流控制方法可分为基于模型和无模型方法。目前,风电场的尾流控制方法主要是基于模型的方法。对于基于模型的方法来说,模型的准确性直接影响着结果的精度,因此,偏航风力机尾流偏转解析模型的选择对方案至关重要。
实现思路