基于风电机组机舱振动数据分析偏航误差

作者：设备医生官方号时间：2023-07-21浏览：118

风电机组根据风向标测量的风向数据来进行机组偏航，使风电机组处于正向迎风状态。当风向标测量的风数据或机舱位置角度不准确时，将影响机组偏航精度，使得风轮不能正向对风，不仅降低发电效率，同时机组要承受不对称载荷，缩小机组的使用寿命。根据国际电工学会（IEC-TC88-MT12）指出风向偏差角度与功率之间为余弦平方关系，例如风向偏差10°，将造成1.5%的发电损失。针对风电机组偏航误差问题，传统的校验方法是在机舱顶部增加激光雷达测风设备，进行风速风向的测量，并结合风电机组发电功率绘制在不同偏航误差情况下的功率曲线，与原始的功率曲线进行对比，判断偏航误差。本次自主设计的基于振动数据的偏航误差测量方法，是在不需要增加额外的测风设备与测试周期的前提下，利用机组自身振动数据实现零成本风电机组偏航误差分析，达到提升风机发电量，降低机组载荷得目的。同时该方法可推广到集控数据跟踪机组的效能问题中，以100MW场站为例，通过振动数据分析偏航误差，可提升发电收益约20-50万元/年。本研究的创新点如下：（1）基于机舱振动数据，实现偏航误差分析存在偏航误差的风电机组而，来流风与风轮旋转平面不在垂直，存在一个夹角。将来流风速V进行正交分解，分解为垂直风轮平面轴向速度V1和平行旋转平面径向速度V2，偏航误差角度的大小等于V1/V2的反正切值。垂直风轮平面轴向速度V1使机组产生轴向振动，平行旋转平面径向速度V2产生径向振动。根据对应关系，风电机组的偏航误差角度等于径向振动加速度均值比上轴向振动加速均值的反正切值。（2）无需测试设备与试验周期，实现零成本偏航误差分析提取风电机组有无偏航误差情况下的轴向和径向振动值，绘制相轴向和径向振动加速度值散点图，在无偏航误差情况下的振动散点图分布特点是围绕中心原点，呈现均匀对称分布。有偏航误差的情况振动散点图分布特点是中心位置偏离的原点，绘制机组轴向和径向振动散点分布图，便可分析机组是否存在偏航误差。误差角为几何中心的径向振动加速值与几何中心轴向振动加速度之比的反正切值进行求解。（3）不同等级与时间尺度下振动数据分析，确定最优数据类型对秒级，分钟级、十分钟级机舱轴向振动振动数据分析，确定分钟级数据数据量相对较小，结果可信。对1天、3天、5天、7天、10天、15天、20天振动数据进行分析，消除时间尺度对数据分析的影响，确定在数据分析在大于等于7天时，随着时间的增加，统计误差较小。（4）改进最优组内方差算法，实现异常数据有效识别本研究采用改进最优组内方差算法，有效的识别除风电机组风速-功率曲线异常数据，根据筛选结果提取振动数据，为基于风电机组机舱振动数据分析偏航误差提供了可靠的数据保证，同时，本方法可推广到风电机组数据分析中，有效的简化数据处理过程，实现对数据的量化处理。对提升了风电机组性能分析与预测研究具有重要的工程意义。（5)有效提高风电机组风能利用，促进风电机组实现提质增效发展本方法应用后，可保证风电机组始终处于正向迎风状态，消除静态偏航误差，经统计，对存在偏航误差的机组而言可提升风电机组发电量约3%-45%，并且装机容量越大，经济效益越好。以100MW风电场站应本方法进行偏航校正，通过提高风能利用效率，预计提升发电效益约20至50万元/年，节约机械维护成本约10至20万元/年。经应用场苏右风电场、晨辉风电场统计，风场总装机25万千万，一年产生的经济为80万元。同时本方案提升部分为新能源发电量，间接达到减小煤炭消耗与二氧化碳排放的目的，经济与社会效益较好。

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