1、www.crrcgc.cc风力发电机组降本增效下的控制策略研究中车山东风电有限公司2023年8月演讲人：张 鑫中国中车股份有限公司 版权所有 20152目录中车山东风电简介降本增效下的控制策略研究及应用第一部分第二部分下一步研究方向第三部分中国中车股份有限公司 版权所有 20153一.中车山东风电简介中车山东风电简介降本增效下的控制策略研究及应用第一部分第二部分下一步研究方向第三部分中国中车股份有限公司 版权所有 20154一、中车山东风电简介中车山东风电有限公司是中国中车投资30亿元打造的国内大型风电装备企业，坐落在济南高新技术产业开发区，坚持风资源开发、EPC工程总包、风电场股权持有、装备

2、销售的“四位一体”业务发展体系。经营范围包括风力发电装备及配件的生产、销售；风电装备及配件的技术服务、咨询、转让；风电场的设计、建设、运营、维护和技改。中国中车股份有限公司 版权所有 20155一、中车山东风电简介先进工具丹麦研发中心院士工作站人员情况：现有各类研发技术人员170人左右，其中高级职称35人，中级职称92人；研发团队成员90%以上拥有硕士及以上学历，专业涵盖机械、电气、液压、自动控制、空气动力学、数值分析、软件开发、复合材料等。外部资源：公司建有院士工作站、专家顾问室，并与国内外科研机构及咨询机构开展了广泛的合作，积极与Aerodyn、Garrad Hassan、Fraunhof

3、er、中国电科院、鉴衡认证中心、中国船级社、中国质量认证中心等国内外研究机构合作，通过技术引进、消化、吸收、再创新来整体提升公司研发水平。u研发设计能力中国中车股份有限公司 版权所有 20156一、中车山东风电简介01020403叶片净空智能控制技术l 基于激光测距技术的塔架净空监测系统可实现对叶尖净空距离实时监测。独立变桨控制策略l 在叶片根部粘贴或预埋传感器，实时检测叶根载荷的变化，将俯仰弯矩和偏航弯矩反变换为桨距角的反馈控制量。叶片振动状态监测l 与叶根载荷检测系统共用同一个解调仪，在叶片长度1/3处粘贴或预埋传感器，检测叶中应变的大小，将应变转化为振动加速度，对机组叶片状态实时监控。激

4、光前馈控制技术l 利用雷达探测能力，获取风轮前端自由流的风况信息，根据来流实时变化的多维风况信息做出预测性控制。u基于激光传感的先进控制研究中国中车股份有限公司 版权所有 20157二、降本增效下的控制策略研究及应用中车山东风电简介降本增效下的控制策略研究及应用第一部分第二部分下一步研究方向第三部分2二、降本增效下的控制策略研究及应用u叶片净空智能控制技术 基于激光测距技术的塔架净空监测系统可实现实时监测叶尖净空距离，依据净空值的变化实行不同的控制策略，起到预防扫塔的作用，确保机组在全寿命安全周期内的安全高效运行。安全保护l 采用净空智能控制技术在不损失机组较多发电量的前提下，提升机组叶片净空

5、，避免叶片扫塔事故的发生。控制逻辑l 最小夹角光束有效遮挡时，表明机组净空过小，机组进入停机状态；l 叶片净空触发不同设定阈值，变桨系统执行不同收桨控制。设计降本l 以叶片净空减小1米为例，单支叶片重量降低约1吨，成本降低约4万元，三支叶片成本降低约12万元/台。l 叶片减重后机组载荷变小，整机成本可进一步降低。中国中车股份有限公司 版权所有 20159二、降本增效下的控制策略研究及应用降载策略分析仿真测试l 由于仿真测试不能获得实时的叶片净空值，选用离线仿真的方式获取净空推算公式以及验证净空控制的可靠性；l 针对内蒙某项目某机型进行净空控制仿真测试；l 按照载荷工况设置要求，设置dlc1.2

6、工况，仿真获取机组正常发电工况数据。编写程序读取机组仿真计算结果，获取净空雷达激光测距与叶片净空的相关关系。u叶片净空智能控制技术中国中车股份有限公司 版权所有 201510二、降本增效下的控制策略研究及应用u叶片净空智能控制技术现场应用l 已批量应用于国内多个风电场多款机型，运行成熟可靠；l 在雷达测量范围内，叶片净空测量准确率较高；l 可由雷达测距值准确计算机组净空值；l 能根据净空变化进行不同的控制动作，保障机组的发电量、有效提升风电机组运行安全。中国中车股份有限公司 版权所有 201511二、降本增效下的控制策略研究及应用u独立变桨控制策略l 实现原理：通过在叶片根部粘贴或预埋传感器，

7、实时检测叶根载荷的变化，并将叶根载荷换算为风轮的俯仰弯矩和偏航弯矩，然后将俯仰弯矩和偏航弯矩反变换为桨距角的反馈控制量，实现独立变桨控制；l 实现方式：目前行业实现独立变桨采用的载荷检测系统有光纤光栅式、全桥应变片式、悬臂梁式几种方法；l 当前成果：独立变桨控制策略已成熟稳定，并已批量实施。风电机组单机容量和风轮直径逐渐增大，风轮受力不平衡问题愈发严重，独立变桨控制策略能很好降低风轮气动不平衡，减小关键部件载荷，进而降低机组成本，提高可靠性。中国中车股份有限公司 版权所有 201512二、降本增效下的控制策略研究及应用u独立变桨控制策略仿真测试l 在内蒙某项目选取某机型作为测试机组；l 选取1

8、2m/s湍流度0.12的湍流风对机组进行仿真测试。中国中车股份有限公司 版权所有 201513二、降本增效下的控制策略研究及应用u独立变桨控制策略现场应用 经过一年时间数据采集，通过数据分析，机组在执行独立变桨控制策略时风轮面载荷降低明显，与仿真结果相近。中国中车股份有限公司 版权所有 201514二、降本增效下的控制策略研究及应用u独立变桨控制策略现场应用 在内蒙某风电场安装牧镭叶根载荷检测系统，经过一年运行时间，在一年的运行过程中经历过冬天的严寒、夏日的高温，目前叶根载荷检测系统运行正常。中国中车股份有限公司 版权所有 201515二、降本增效下的控制策略研究及应用u独立变桨控制策略叶根载

9、荷检测系统自动标定l 叶根载荷检测系统在传感器安装后由于受到叶片重力影响，需要在安装完成后进行数据标定；l 叶根载荷检测系统测量载荷数据准确才能保证独立变桨控制策略稳定运行；l 叶根载荷检测系统标定需要满足风速、风轮转速、风轮位置、叶片角度等要求，人工标定费时费力；l 现场项目执行时多受并网进度、人工成本等因素影响，叶根载荷检测系统实现自动标定成为必然需求；l 目前在内蒙某风电场已完成测试，实现了叶根载荷检测系统的自动标定功能。中国中车股份有限公司 版权所有 201516二、降本增效下的控制策略研究及应用u激光前馈控制技术实现原理l 利用雷达探测能力，获取风轮前端自由流的风况信息，根据来流实时

10、变化的多维风况信息做出预测性控制。应用方法l 获取风轮前端自由流风速、湍流、风剪切、入流角等；l 根据多维风况信息进行疲劳降载和功率提升优化；中国中车股份有限公司 版权所有 201517二、降本增效下的控制策略研究及应用应用效果l对风轮前方自由流风速进行预测性控制；l降低变桨角度动作频次；l塔筒My载荷变换更为平稳。l河北、山西等多个风电场已批量装机应用。u激光前馈控制技术中国中车股份有限公司 版权所有 201518二、降本增效下的控制策略研究及应用u激光前馈控制技术降载统计l 叶根疲劳载荷降低4-7%；l 塔基My方向疲劳载荷降低10-15%；l 激光雷达在极限载荷方面有很好的降载应用潜力；

11、l 激光雷达受限于应用环境条件影响，当前还没有已颁布的激光雷达应用于极限载荷优化方面的载荷计算标准。中国中车股份有限公司 版权所有 201519三、下一步研究方向中车山东风电简介降本增效下的控制策略研究及应用第一部分第二部分下一步研究方向第三部分中国中车股份有限公司 版权所有 201520三、下一步研究方向叶根载荷检测系统与叶片振动监测系统组合应用l 叶片振动监测系统在叶片1/3位置处安装振动监测传感器，对叶片的振动、开裂、覆冰、扫塔等能够进行实时监测；l 在叶根载荷检测系统基础上增加叶片振动监测系统，在叶根载荷检测系统解调仪原有接口基础上增加六路振动传感器接口，以增加最少成本实现最多功能为目

12、标；l 叶根载荷检测系统与叶片振动监测系统数据共享，互相协助，风电机组同时采集两系统数据，对叶片控制及叶片状态可实现同步执行，保证了机组稳定安全可靠运行；l 目前此项研究在内蒙某风场进行了挂机，两套设备运行良好，持续采集数据观察中。中国中车股份有限公司 版权所有 201521三、下一步研究方向激光雷达与模型预测控制融合技术研究l 在当前的各类先进控制策略，由于受风力发电机组非线性时变系统对风速扰动的影响，在应对风速突变时具有一定迟滞性；l 激光雷达测风可辅助模型预测控制实现对风速扰动的前馈补偿控制；l 将精光雷达与模型预测控制相结合能在一定程度上提高机组风能利用效率，降低机组疲劳载荷，延长使用寿命；l 目前在开展模型预测控制与激光雷达融合技术预研中。激光雷达与场群控制融合技术研究l 风电场级控制复杂度高，机组寿命预测难度大；l 提升风电场智能化控制水平，提升风电场的发电效率、实现机组寿命预测；l 利用载荷估计、寿命预测、协同控制等技术，开发结合激光雷达基于先进感知的风电场协同控制优化及寿命预测技术，实现风电机组疲劳寿命实时在线计算、增强风电机组间的协同控制能力。谢谢！