基于统一变桨距控制的立轴风力机启动性能

为提高立轴风力机的启动能力，提出了适宜低尖速比运行的桨距角变化规律，并设计了一种变桨执行机构以实现多组叶片的统一变桨距控制。从变桨执行机构、翼型选择、风轮结构和控制系统等方面介绍样机设计原理，并进行了样机性能实验。结果表明：对称翼型厚度为15％时最佳，而非对称翼型的最大厚度不超过10．4％；实验数据与理论值变化趋势一致，理论值相比实验数据高出20%～30％；通过增加上盘面顺风区叶片迎风面积可以提高启动能力。

减小叶片不利载荷的统一变桨技术

风机在实际运行中,由于风剪切和塔影效应的存在,导致各桨叶载荷均不平衡。载荷的不平衡严重影响风轮的性能。为减小由于空间位置不同带来的载荷不平衡,首先,仿用威布尔分布函数对风轮立体面风速进行优化处理,以提高风速计算准确度,其次,利用Blade软件计算不利载荷大小,通过变桨距系统减小风轮叶面推力来降低载荷。实验结果:风速优化法在风速信号采集上进行抑制,降低了风速的波动频率。且计算后的不利载荷对桨距角进行补偿的方法,使叶轮在吸收风能的同时降低风机不利载荷和部分叶片震动,延长了叶片使用寿命。

风电机组液压统一变桨机构问题分析和技改

由于液压油受污染和环境温度影响造成的液压变桨系统故障较多。变桨轴承是变桨系统的关键部件之一,在非独立变桨系统中,变桨轴承的润滑不良、卡涩、损伤将导致推动变桨系统的连杆机构受力不均,整体机械性能下降,容易发生断杆、扭曲等损伤。根据在液压统一变桨型风电机组的检修维护和故障处理的工作经验,变桨机构断丝脱轴故障经过采用压板式锁紧法兰盘加固后,变桨机构稳定性加强,可有效提升液压变桨系统运行的稳定性。

风力发电机组变桨距控制方法研究

由于风能的能量密度低、随机性和不稳定性等特点,给大型风力发电机组的控制技术问题带来困难。该文以国产兆瓦级风力发电机组为依托,对大型风力发电机组变桨距控制技术进行研究。分析变桨距控制的基本规律,建立统一变桨和独立变桨距的设计方案和控制方法。提出一种应用于统一变桨距的模糊PID参数自整定控制器设计方案,并在MATLAB/Simulink中建立相应的仿真模块。仿真结果表明,模糊PID的统一变桨距系统能较好地实现大型风电机组对功率控制的要求。此外,利用神经网络技术,提出一种基于来流角预测的独立变桨距控制策略,并通过仿真证明其可有效地减小桨叶的气动疲劳载荷,且功率控制效果良好。通过比较发现,独立变桨距控制比统一变桨距控制的输出功率更加稳定。

基于风速估计和风剪切的风力发电机组变桨距控制

为提高大型风力发电机组捕获风能的能力,改善其主要零部件受荷载情况,提出基于有效风速估计和风剪切的风力发电机组独立变桨距控制策略。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对传统统一变桨控制策略和独立变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对于统一变桨距控制策略,独立变桨距控制策略不但能满足维持风力发电机组输出功率额定值稳定的要求,而且使发电机组主要零部件的受荷载情况得到明显改善。

变速恒频风力发电机组液压变桨距系统的设计与仿真

针对变速恒频风力发电机组的功率控制,提出基于电液比例阀的统一控制的液压变桨距系统的设计方案,对液压变桨距系统进行了方案设计、对主要液压元件进行了计算及选型。并通过Fluid SIM 5 Hydraulics软件平台对设计的变桨系统进行仿真。仿真结果验证了液压变桨距系统设计的正确性和可行性以及仿真模型的合理性。该液压变桨距系统能够满足变桨距风力机对节距角精确快速的控制要求,且为变速恒频风力发电机组变桨距液压系统的优化设计奠定了基础。

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。

载荷优化的海上漂浮式风电机组二阶滑模变桨控制

针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,提出一种基于二阶滑模的统一变桨控制策略,解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,基于风电机组“额定转速”设计积分滑模面,此“额定转速”不再是恒定值,而是取决于平台纵摇速度的变量,基于超螺旋算法实现二阶滑模变桨控制律。采用FAST和Matlab/Simulink联合仿真,所提出的方案与传统PI控制相比,对稳定高风速时风力发电机功率,抑制浮式支撑平台运动及减少叶根载荷具有更好的控制作用,对塔基也有较好的减载作用。

减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究

针对塔影效应引起风电机组载荷波动的情况进行研究,对其引入独立变桨距控制。建立风电机组风轮的线性时变模型,并将其写成状态方程的形式,进而引入Coleman变换将其变换成线性时不变模型。然后,在此模型基础上,加入PID控制器,从而完成独立变桨距控制系统的设计。在塔影效应的影响下,分别对独立变桨距控制和统一变桨距控制情况下风电机组的载荷波动进行仿真对比研究,并利用雨流统计法对风电机组进行疲劳分析。研究结果表明:在塔影效应影响下,采用独立变桨距控制策略的风电机组载荷波动较采用统一变桨距控制策略的风机有明显改善,削弱了塔影效应载荷波动的影响,并延长了机组的使用寿命。

减小桨叶载荷的风电独立变桨优化控制模型

针对超额定风速下运行的变速变桨风电机组,研究在维持功率额定的条件下,如何减小风剪切效应所引起的不平衡载荷,从而延长风机寿命。首先依据空气动力学原理,以不平衡载荷最小为优化目标,保证输出功率与额定功率的偏差在一定范围内为约束条件,建立载荷优化模型;然后采用非线性最小二乘法,以统一变桨距角为初值,优化计算得到3个桨叶对应的最优桨距角,以该角度为参考值分别进行独立变桨距控制。仿真结果表明,与传统变桨距控制方法相比,所提模型在保证功率维持在额定值附近的前提下,大幅度减少了不平衡载荷,且避免了频繁变桨。

基于风剪切和塔影效应的大型风力机独立变桨控制研究

为捕获最大风能和改善风力机工作性能,基于对风剪切和塔影效应等因素对风力机的影响分析上,对大型风力机独立变桨控制即其对风力机桨叶载荷的影响进行了研究,并对1台2 MW三桨叶上风向水平轴风力机进行了独立变桨控制仿真实验。仿真结果表明,相比统一变桨控制,独立变桨控制不但满足风力机输出功率维持额定值不变,而且使风力机桨叶的挥舞载荷平衡,摆振载荷脉动幅值减小,大大改善了风力机的功率输出、疲劳、振动、动力稳定性等性能。