基于動力學耦合的風電機組載荷控制.pdf

1、風電機組日趨大型化，結(jié)構(gòu)柔性增加，風輪載荷的低頻波動，極易引發(fā)傳動鏈、塔架、葉片的振動。本文針對風電機組載荷控制問題，對基于動力學耦合的風電機組載荷控制進行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)風切變的指數(shù)模型分析了風切變指數(shù)、風輪直徑對風輪載荷的影響。使用上風向塔影效應(yīng)模型，分析塔筒對風速分布的影響。基于Kaimal譜建立了風湍流模型，分析湍流對風輪面上風速分布的影響。結(jié)果表明，風切變、塔影效應(yīng)是風電機組中載荷周期性變化的主導(dǎo)

2、因素，風湍流、尾流效應(yīng)致使風輪多葉片載荷出現(xiàn)不對稱。風輪載荷波動傳遞到機組其它部件成為周期性的激勵力，當激勵頻率與其它部件固有頻率一致時可產(chǎn)生大幅度的共振。⑵基于葉素動量理論建立了風輪靜態(tài)載荷模型，針對葉素動量理論的不足，研究了葉尖輪轂損失修正、誘導(dǎo)因子修正、動態(tài)入流修正、動態(tài)失速修正，使風輪載荷模型適用于動態(tài)載荷計算。依據(jù)材料力學推導(dǎo)了葉片、塔架的模態(tài)計算方法，研究了葉片、塔架的模態(tài)，通過模態(tài)疊加法構(gòu)建了風輪、塔架的結(jié)構(gòu)動力學模型。根

3、據(jù)傳動鏈、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)的主要動態(tài)特性建模。提出使用離散數(shù)值計算方法實現(xiàn)風電機組的載荷計算。⑶研究了復(fù)雜風況下風電機組風輪轉(zhuǎn)速特性，將風輪慣性、狀態(tài)估計風速引入變槳控制中，增強了風電機組控制系統(tǒng)應(yīng)對風速變化的能力，穩(wěn)定了機組的功率輸出。風電機組是一個非線性的矢量系統(tǒng)，提出使用LPV增益調(diào)度方法控制風電機組的功率，LPV增益調(diào)度控制將風電機組運行軌跡穩(wěn)定在運行域內(nèi)，增強了風電機組功率輸出的穩(wěn)定性。⑷研究了傳動鏈的扭振特性，使用Kal

4、man濾波估計傳動鏈的狀態(tài)，通過發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制，在傳動鏈中增加阻尼控制，抑制了傳動鏈的扭振，減緩齒輪的疲勞載荷，延長其疲勞壽命。研究了塔架的擺振特性，塔架在前后向存在氣動阻尼作用，塔架在側(cè)向阻尼很小極易發(fā)生大幅度振動，在變槳控制和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制中增加塔架阻尼控制，降低了塔架擺動幅度，增強了機組運行的可靠性。⑸研究了復(fù)雜風況下葉片載荷波動的特性，提出了獨立變槳控制降低葉片疲勞載荷。獨立變槳控制把三個葉片的載荷看成周期性對稱的，通過dq坐標