GH-Bladed风机模型加载运行效果对比

绿色风能随我所控兆瓦级风力发电机组控制软件关键控制参数的设计及控制软件在GHBladed风机模型加载运行效果对比上海赵工二〇一一年三月十五日星期二TEL:13917492379Email:[e-mail]上海赵工第1页/共42页绿色风能随我所控简介：为控制软件加载1.5MW双馈风机Bladed模型，观察并比较实际运行的效果，介绍了风力发电机组控制软件设计考虑的几个关键问题：1.风机控制软件与Bladed风机仿真模型的三种连接方法2.机组稳定运行及响应速度调整系数3.机组恒功率运行投切及参数调整4.塔架振动控制投切及参数调整5.双馈机组传动链振动控制投切及参数调整6.不同定常风运行图形比较7.用3D湍流风测试的控制模型运行曲线图形比较8.安全链(硬件安全保护系统)设计介绍9.硬件网络结构设计介绍10.合理的主控制系统软件开发流程设计介绍11.独立变桨控制技术(IPC)解决方案简介12.低电压穿越(LVRT)解决方案简介13.风电机组的模态分析(如坎贝尔图分析)14.机组正常启动、停机过程监控策略设计上海赵工简介：若干年前西安交通大学能源系毕业，从事电厂DCS十余年，从事风电主控研究2年，现又重返电厂DCS工作，在新能源风力发电红红火火的阶段无奈离开，现将近2年的风电主控开发的心得体会整理成文，供大家参考。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第2页/共42页绿色风能随我所控风机控制软件与Bladed风机仿真模型的三种连接方法风机控制软件可通过下列三种方法与Bladed风机仿真模型相连，为风机控制算法的验证及用户的培训提供方便。1.通过以太网线连接：Bladed风机模型+Bladed软件+Bladed软件通讯接口软件风电控制软件以太网风电控制软件自带与Bladed软件仿真控制模块通讯的功能，适用于Bladed风机模型需要保密的客户。2.通过计算机内部直接交换数据连接：Bladed风机模型，Bladed软件，风电控制软件装在同一台电脑中，通过计算机内部共享存储空间直接交换数据。3.通过硬件连接：Bladed风机模型+Bladed软件+Bladed软件硬件驱动IO硬件及总线通讯模块IO硬件及总线通讯模块风电控制软件硬接线连TEL:13917492379Email:[e-mail]上海赵工第3页/共42页绿色风能随我所控Bladed与Bladed接口驱动相连如下图，TorqueControl及PitchControl的控制选DiscreteExternalController。按“ExternalController”按钮，有下图，设”Controllercode”及”CommunicationInterval”如图所示。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第4页/共42页绿色风能随我所控调节Bladed仿真运行时间：如下图，调整”Simulationendtime”时间即可。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第5页/共42页绿色风能随我所控机组稳定运行及响应速度调整系数：机组稳定运行滞后调整系数为唯一调整系统稳定与响应的参数，机组系统稳定与响应速度是一对矛盾。机组稳定运行是指机组正常运行时，机组的功率、扭矩、桨距、转速的平缓变化的程度，是一个定性的概念，变化波动越平缓，机组越稳定，机组对风速变化的响应速度越慢。在保证风机不会超速的运行情况下，控制系统的响应速度应该是越慢越好,也就是机组稳定运行及响应速度调整系数越大越好。采用不同的机组稳定运行滞后调整系数，使风速在19M/SÆ9M/SÆ19M/S间变化，观察机组电功率、转速、扭矩、桨距的变化曲线。机组稳定运行滞后调整系数=0.1如下：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第6页/共42页绿色风能随我所控机组稳定运行滞后调整系数=3如下：图中的转速及功率全超限，显然此系数太大，但曲线变化平缓。机组稳定运行滞后调整系数=0.6如下：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第7页/共42页绿色风能随我所控一般在用额定风速(11.5M/S)来调整此系数，找到额定风速下，使桨距能收敛的最小系数值(1.0)如下：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第8页/共42页绿色风能随我所控机组转速超速与机组稳定运行系数及风速加速度的关系：下面为机组投传动链振动控制，通过改变机组稳定运行系数及风速加速度，观察机组转速超速的变化，机组转速的横坐标量程为1600~2000rpm。下图为机组稳定运行系数=1.2，风速加速度=0.1m/s^2风速变化范围：12.1Æ20.1Æ12.1m/s转速超速变化图下图为机组稳定运行系数=3，风速加速度=0.1m/s^2风速变化范围：12.1Æ20.1Æ12.1m/s转速超速变化图TEL:13917492379Email:[e-mail]上海赵工第9页/共42页绿色风能随我所控下图为机组稳定运行系数=3，风速加速度=0.2m/s^2风速变化范围：12.1Æ20.1Æ12.1m/s转速超速变化图结论：通过上面图像的对比分析，转速超速和风速传递函数可近似为微分环节G(s)=Td*s/(T^2*s^2+2*T*ζ*s+1)。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第10页/共42页绿色风能随我所控机组稳定运行系数的调整及确定：通过对风机模型加载一针对风机超速测试的极限（湍流）风况模型，启动风机模型，与Bladed软件联动控制，进行机组闭环控制仿真，在线调整机组稳定运行系数，观察风机转速超速的情况，找到适当的机组稳定运行系数。风机超速测试的极限风况模型由风厂、风机生产厂家或风机认证机构提供。风机转速超速范围的确定：根据GL2003标准，可设机组最大运行转速为最大稳态转速的108%。下面为一个确定机组稳定运行系数的例子，超速测试的极限（湍流）风况模型如下图，并设定风模型能循环不断运行(选上Allowwindfiletowraparound)，平均风速为15m/s，径向的湍流强度为0.20。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第11页/共42页绿色风能随我所控启动风机模型及控制软件，投恒功率控制，在线调整机组稳定运行系数，观察风机转速超速的情况，如调整稳定运行系数=4，超速明显，调整稳定运行系数=2，不超速，并靠近风机转速超速值（1800*0.08=144rpm），通过此方法，可确定此风机的稳定运行系数。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第12页/共42页绿色风能随我所控机组恒功率运行投切及参数调整：在额定风速以上，风力发电机组可工作在恒扭矩和恒功率2种工作方式。恒扭矩工作方式如下图所示：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第13页/共42页绿色风能随我所控恒功率运行投切及参数调整：采用不同的恒功率滞后系数，使风速在19M/SÆ13M/SÆ19M/S间变化，观察机组电功率、转速、扭矩、桨距的变化曲线。恒功率滞后系数=70如下：功率变化平缓。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第14页/共42页绿色风能随我所控恒功率滞后系数=4如下：功率变化欠平缓。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第15页/共42页绿色风能随我所控塔架振动控制：塔架振动的坐标系：塔架振动控制参数：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第16页/共42页绿色风能随我所控双馈机组模型的塔架共振频率为0.42Hzftw=0.42Hz在定速风上叠加塔架共振频率变化的风速，来测试塔架控制投切的效果。加19+1*sin(2*0.42*3.14*t)M/S的风。观察机组塔架加速度最大值平均(褐色)、电功率、转速、扭矩、桨距的变化曲线。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第17页/共42页绿色风能随我所控双馈机组传动链振动处理控制机组存在由叶轮转动和发电机转动产生的扭转惯量，变速风机当高功率恒转矩运行（或采用恒功率算法，转矩和转速成反比变化）时，容易导致齿轮箱存在较大的扭转振动。通过在转矩给定值基础上增加一个传动系统频率上的很小波动，并通过高通滤波相位调整，可有效抵消谐波振动。当然，扭矩消振功能的投用会增加机组功率的波动。传动链振动控制参数：扭矩消振功能的投用使转速的变化范围减小2.7倍，如下图。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第18页/共42页绿色风能随我所控扭矩消振功能的投用使齿轮的扭矩的变化范围减小4.18倍，如下图。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第19页/共42页绿色风能随我所控扭矩振动控制投用及未投用对比TEL:13917492379Email:[e-mail]上海赵工第20页/共42页绿色风能随我所控双馈传动链振动转动惯量系数的调整：模型正常发电，把风加到19M/S，等系统稳定，投扭矩消振功能的投用调整“双馈传动链振动转动惯量系数”，找到使机组的扭矩振荡的临界点值，如“1.2”，如下图：取1.2X0.7=0.8，系统即能稳定运行。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第21页/共42页绿色风能随我所控定常风运行图形比较：风速变化：19Æ15Æ11.5M/SÆ15Æ11M/SÆ15Æ5M/STEL:13917492379Email:[e-mail]上海赵工第22页/共42页绿色风能随我所控风速变化：5Æ11M/SÆ5Æ11.5M/SÆ5Æ15M/SÆ19TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第23页/共42页绿色风能随我所控用3D湍流风测试的控制模型运行曲线图形：一般用来仿真的几种重要的风模型有：湍流风、阶越风、斜坡风、IEC规范中描述的阵风等。TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第24页/共42页绿色风能随我所控风力发电机组的安全等级及相应的风速和风湍流参数应符合表的规定。对需要特殊设计，规定了特殊安全等级——S级（如近海安装）。参考风速Vref为10min平均风速；I15风速为15m/s时的湍流强度特性值。A表示较高湍流特性级；B表示中等湍流特性级；C表示较低湍流特性级；——纵向分量：沿着平均风速方向；——横向分量：在水平面内，垂直于纵向分量：——竖向分量：垂直于纵向分量和横向分量。Bladed风模型参数配置见下图：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第25页/共42页绿色风能随我所控恒功率运行投用_机组启动图形：TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第26页/共42页绿色风能随我所控恒扭矩运行投用_额定风速以上风速图形：(功率曲线变化大)TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第27页/共42页绿色风能随我所控恒功率运行投用_额定风速以上风速图形：(功率曲线变化小)TEL:[phone]Email:[e-mail]上海赵工第28页/共42页绿色风能随我所控恒功率运行投用_额定风速左右风速图形：TEL:13917