Abstract
Power coefficient Cp is an important parameter for wind turbine design and operational control. Wind speed is the basic calculation parameter of the power coefficient. Since the anemometer is fixed on the nacelle, the measured wind speed is different from the wind speed in front of the wind rotor. Calculation error will produced if the directly measured wind speed is used to calculate the power coefficient. In this paper, a calculation model of the wind speed in front of the wind rotor is presented based on the SCADA data and the aerodynamic theory. Two power coefficient calculation methods are proposed. One is based on the statistical data and the other is based on the real-time data. An actual calculation result for a 2 MW wind turbine shows that the power coefficient is near or greater than 0.593 (the theoretical maximum value) if the directly measured wind speed is used during the maximum power point tracking (MPPT). After wind speed correction, the power coefficient is reduced to 0.397 that is more realistic. When using the real time data, the power coefficient is time-varying even in the region of MPPT, since wind speed is time-varying and the wind rotor rotational speed regulation is delayed due to the wind rotor moment of inertia
چکیده
ضریب توان Cp پارامتر مهمی در طراحی و کنترل عملیاتی توربین های بادی می باشد. سرعت باد پارامتر اساسی محاسبه ضریب توان می باشد. از آنجاکه بادسنج روی اتاقک موتور ثابت شده است، سرعت اندازه گیری شده باد با سرعت باد در جلوی روتور باد متفاوت خواهد بود. اگر سرعت محاسبه شده مستقیما در محاسبه ضریب توان استفاده شود، خطای محاسبه تولید می شود. در این مقاله، یک مدل محاسبه سرعت باد در جلوی روتور باد بر مبنای داده های SCADA و نظریه ایرودینامیک ارائه شده است. دو روش محاسبه ضریب توان ارائه شده است. یکی از روش ها مبتنی بر داده های آماری و روش دیگر مبتنی بر داده های بلادرنگ می باشد. یک نتیجه محاسبه دقیق برای یک توربین بادی 2مگاوات نشان می دهد که اگر در طول رذیابی حداکثر نقطه توان (MPPT)، مستقیما از سرعت باد اندازه گیری شده استفاده شود، ضریب توان نزدیک یا بیشتر از 0.593 بدست می آید (حداکثر مقدار نظری). پس از تصحیح سرعت باد، ضریب توان به 0.397 کاهش می یابد که واقعی تر است. هنگامی که از داده های بلادرنگ استفاده می شود، ضریب توان با زمان تغییر می کند حتی در ناحیه MPPT، چراکه سرعت باد با زمان تغییر می کند و تنظیم سرعت چرخشی روتور باد به خاطر مومنتوم روتور باد با تاخیر مواجه می شود.
1- مقدمه
توربین های بادی می توانند انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. بازده ربایش انرژی باد اساسی ترین نمایه ای است که به آن ضریب توان گفته می شود [1]. در روند طراحی نظری، ضریب توان را می توان با استفاده از نظریه ایرودینامیک مانند نظریه BEM [1و2]، GDW [3] و CFD [4] محاسبه کرد. در بسیاری از متون، تحقیقات متعددی برای بهبود ضریب توان توربین های بادی انجام شده است...