大功率风力发电机在全工况下的独立变桨距控制策略研究

研究在全工况下如何通过独立变桨距来减小机组关键零部件的疲劳载荷,考虑风剪造成的1 P不平衡载荷,采用LQR方法设计风力发电机的独立变桨距控制器,由于单纯采用基于状态空间的独立变桨距控制导致系统鲁棒性较差,因此引入带增益调度的统一变桨距控制,在统一变桨距的基础上附加独立变桨距。以5 MW变速变桨距风力发电机组为验证对象,基于NREL开发的FAST软件与Matlab 7.1/Simulink平台,在Simulink中实现风力发电机控制,并将控制信号返回FAST进行风力发电机的非线性仿真,在全工况下对独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略进行仿真验证。结果表明:相对统一变桨距控制,所提出的在全工况下带增益调度的独立变桨距控制,在保证额定转速下保持稳定的电功率输出的同时,能有效降低零部件疲劳载荷。

漂浮特性对风力发电机塔基载荷性能的影响

为研究漂浮特性对风力发电机塔基载荷性能的影响,使用仿真技术进行分析。将漂浮平台和波浪载荷考虑到已建好的风力发电机组模型中,形成漂浮式风力发电机组分析模型。以NREL 5 MW数据为基础,利用FAST软件对漂浮式和基础固定式风电机组涉及的各典型工况进行载荷性能仿真,并将2种风电机组的仿真结果进行对比。研究结果表明:漂浮特性对风电机组塔基载荷的波动及极限载荷的影响显著,通过对比2种风电机组各典型工况下的仿真结果,得出漂浮式风电机组塔基极限载荷相比基础固定式机组结果呈现规律分布,并对规律分布的原因作出了分析。

漂浮特性对风力发电机载荷的影响

在前期研究工作的基础上,将浮式基础波浪载荷计算和系泊系统计算考虑到所已建立的风力发电机分析模型中,形成漂浮式风力发电机性能分析模型,将其在风浪下进行漂浮式风力发电机的载荷分析计算。结果表明:漂浮式平台对风力发电机的载荷影响很大,同样条件下漂浮式风力发电机所受载荷相对固定式风力发电机幅值变化较大(平均值一样),这意味着漂浮式风机的疲劳寿命会有较大下降,因此,针对固定风机的设计方法对漂浮式风机要有所修正及完善。

大功率风力发电机在独立变桨控制下的振动研究

在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节(LQR)和干扰自适应控制(DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对1台5 MW机组进行仿真研究。研究结果表明:通过独立变桨,风力机结构的各项振动加速度幅值均有较大程度下降,能有效降低风力发电机振动以及系统结构的等效疲劳载荷,进而提高设备可靠性和延长设备使用寿命。