刘荣超
中国葛洲坝集团电力有限责任公司 湖北省宜昌市
摘要：风电的开发利用可减少温室气体排放，减轻环境污染，缓解当前的能源危机。由于风电具有强随机性和间歇性，风速等影响风电功率的因素随时间呈现无规律的变化，导致风电功率难以预测。而对风电功率的准确预测不仅是解决风电消纳的重要手段，也会增强风电在电力市场中的竞争力。因此，准确的低风速段控制对于确定合理电量控制和确保电网安全经济运行具有重要意义。基于此，本篇文章对风力发电低风速段发电量提升控制技术进行研究，以供参考。
关键词：风力发电；低风速；发电量提升
引言
中国风电经过数十年的高速发展已逐步度过青春期向成熟能源迈进。在如今的技术条件和政策条件已相对完善的情况下“平价时代”如期而至，风电场的经营利润进一步压缩。在此政策背景下，提升发电量、保障风电场的经济效益成了各风场业主最为关心的话题，也是支撑整个风电产业实现健康可持续发展的重要着力点。
1技术原理
最优桨距控制：最优桨距角调度优化控制技术提出了一种全功率段调度最优桨距角的控制方法。现有WT2000机组的桨距控制中，额定功率以下机组一直运行在最小桨距角-0.5deg，事实上该桨距角仅在变转速区间实现Cp最优，在两段恒转速区间叶片取不同的桨距角时，叶片的气动Cp有较大差异。因此在全功率段按Cp外包络线进行最优桨距角设计，可实现风电机组全功率段最大风能捕获。从图1Cp曲线簇可知，在两段恒转速区间延着Cp曲线簇的外包络线进行最优桨距角设计能够使得机组一直处于较优的Cp。精准偏航对风：该技术提出一种基于功率曲线外包络线寻优的风向补偿优化方案、实现精准对风，提升额定风速以下的功率曲线。来流风速经过风轮面时驱动风轮旋转，造成风轮后的风向有所改变，但风速风向仪安装在机舱尾部，所测风向为风轮后的风向，无法完全表征风轮前风向，为此需通过一种技术手段对所测量的风向进行最优补偿，减小风向仪所测量的风向与来流风速风向间误差。基于功率曲线外包络线寻优的风向补偿优化方案描述如下：采集机组运行数据、按风向区间对数据进行分割、绘制各区间功率曲线、按功率曲线外包路线寻找风向补偿最优值，设计风向修正调度表。高峰穿越控制技术：是在常规“硬性切出”风速之上通过动态调度机组的轴功率比例系数来扩展机组的“切出风速”。在保证机组载荷安全的同时，提高机组对“硬性切出”风速以上工况的能量捕获，提升机组经济性。
2管理角度
一个风电场的发电能力，除与先天的风资源条件及所选机组的质量水平有关外，运维团队的管理水平也是一个不容忽视的影响因素。科学合理的运维管理能使机组充分利用风力资源，减少故障发生频率，保持机组健康稳定的运行状态，最终达到获取最大发电量的目的。检修维护策略优化。分析历年风速和限电数据，合理编制全年检修和技改时间计划，不限电地区安排在小风期，限电地区安排在限电严重月份；备品备件管理优化。做好备品备件的统计，分析使用情况，准确掌握常用备品需求，合理进行储备；负荷调度管理优化。积极与调度沟通，在电网调度负荷指令下，根据风电场设备特性，确定风机运行数量和风电场送出负荷，达到增发、抢发的目的；场用电管理优化。整合系统各类运行信息，结合电气运行方式特点，有针对性的根据年度、季度、月度不同工况，开展电气设备优化工作，不断提高电能传输效率，降低场用电率；技术的交流与传承。风电场一般地处偏远地区，人员流动大，要确保专业技术的交流与传承，保障运维水平。
3发电量提升控制
3.1恢复或提升叶片的气动特性
根据风机的发电特性，风能转化效率主要由叶片的气动性和最优Cp的跟踪策略来决定，所以风能转化效率的提升思路也主要从这两个方面来开展。叶片清理/修补/贴膜：风电场通常建于山区或近海等区域，自然环境较差，风机叶片长期暴露在外，容易经受环境中雨滴、冰雹、盐雾、风沙等粒子的侵袭，这些都是导致叶片腐蚀的主导因素，而叶片一旦遭受腐蚀后，其基体材料将直接暴露在紫外线及湿气等恶劣环境中，更会加速叶片的老化，降低叶片的防雷指数，严重影响机组的发电效率和运行安全性。研究数据显示，叶片因腐蚀、老化等缺陷对发电量造成的损失可达5%以上，由此可见，修复叶片、尽可能恢复其原有的气动性（发电效率），对于风机发电量提升将是非常有效的途径。根据维护经验，通常风场在正常运行两年左右叶片就会有胶衣脱落、出现沙眼等情况，到第五年叶片外部材料基本就磨损到极限。因此，为保证风场长久健康运行，建议每年都要对叶片定期进行检查，尽量选择风小季节针对前后缘腐蚀、叶尖及叶片避雷系统进行检查、维护、修补后，可在叶尖处前缘贴上风电叶片保护膜，加强叶片重点损坏部位的防护。加装涡流发生器：涡流发生器最早产生于航空领域，目前在风电领域也得到了广泛运用。它通过带动高能流动区域的能量进入边界层内的低能区域，使流体能量重新分布、抑制了流动分离，为机组减少由于气流分离带来的性能损失，提升原有的气动性。加装涡流发生器后的提效通常能达到2%~3%，但并不是所有风机都可以做，需经过严格的理论计算。
3.2综合信息监视
信息监视的基础是风电场的运行数据、预测数据，且监控区域运行状态。将风电场实时数据、子站预测数据入库，利用过程线对比实测数据和预测数据，以便查询历史数据，并在规定区域内绘制历史曲线。子站风功率预测系统利用各种颜色显示运行状态、道路情况、软硬件运行状况等。当风电场风功率预测系统改变运行状态或形成越限警报时，系统的软硬件模块出现故障，形成报警记录。其中，报警内容涉及数据缺失、通讯异常。报警、预警以不同颜色对事件严重程度逐一显示，有利于管理人员快速处理问题。利用综合信息监视模块统一监管各风电场功率预测系统，准确判断子站系统故障，对其科学处理，提高巡检维护工作的效率。
3.3风资源提升
机组风资源的提升可从单个机组着手，也可从风场整体着手。改善单个机组的风资源状况。风电场改善单个机组的风资源状况主要有“移机”和“加高塔筒”两种方式。其中“移机”属于较大的改造动作，这往往是前期选址工作出现了失误导致。在了解了项目基本情况后，首先要确定该项目是否有移机的必要，即：移机是弥补损失还是扩大损失，因为一旦移机方案确定，将涉及风机和箱变拆装工程及土建工程、集电线路工程、采购基础环等一系列工作。而“加高塔筒”也需谨慎考虑，比较适合风切变较大的风场，但也要重新验证载荷和经济性。改善整场的风资源状况。通过整场风资源的合理调配和扇区管理，减少机组间尾流的影响，牺牲个别机组的出力情况，可使整场发电性能最优。
结束语
综上，在风电产业迅速发展过程中，风能是非常重要的可再生的清洁能源之一。风能的无法控制性和随机性使电网产生了潜在风险。在整个风电机组的生命周期内持续开展控制优化和潜力挖掘，才能进一步提升低风速风电机组的设计品质、提高风电场的运营效益，增加机组竞争力。同时需结合机组的载荷安全域度、在电气、机械、结构等约束条件下进行精细设计。
参考文献
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