基于動(dòng)力學(xué)耦合的風(fēng)電機(jī)組載荷控制.pdf

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

2、因素，風(fēng)湍流、尾流效應(yīng)致使風(fēng)輪多葉片載荷出現(xiàn)不對(duì)稱。風(fēng)輪載荷波動(dòng)傳遞到機(jī)組其它部件成為周期性的激勵(lì)力，當(dāng)激勵(lì)頻率與其它部件固有頻率一致時(shí)可產(chǎn)生大幅度的共振。⑵基于葉素動(dòng)量理論建立了風(fēng)輪靜態(tài)載荷模型，針對(duì)葉素動(dòng)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(dòng)態(tài)入流修正、動(dòng)態(tài)失速修正，使風(fēng)輪載荷模型適用于動(dòng)態(tài)載荷計(jì)算。依據(jù)材料力學(xué)推導(dǎo)了葉片、塔架的模態(tài)計(jì)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(fēng)輪、塔架的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。根

3、據(jù)傳動(dòng)鏈、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)特性建模。提出使用離散數(shù)值計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的載荷計(jì)算。⑶研究了復(fù)雜風(fēng)況下風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速特性，將風(fēng)輪慣性、狀態(tài)估計(jì)風(fēng)速引入變槳控制中，增強(qiáng)了風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)速變化的能力，穩(wěn)定了機(jī)組的功率輸出。風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)非線性的矢量系統(tǒng)，提出使用LPV增益調(diào)度方法控制風(fēng)電機(jī)組的功率，LPV增益調(diào)度控制將風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行軌跡穩(wěn)定在運(yùn)行域內(nèi)，增強(qiáng)了風(fēng)電機(jī)組功率輸出的穩(wěn)定性。⑷研究了傳動(dòng)鏈的扭振特性，使用Kal

4、man濾波估計(jì)傳動(dòng)鏈的狀態(tài)，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，在傳動(dòng)鏈中增加阻尼控制，抑制了傳動(dòng)鏈的扭振，減緩齒輪的疲勞載荷，延長(zhǎng)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(dòng)阻尼作用，塔架在側(cè)向阻尼很小極易發(fā)生大幅度振動(dòng)，在變槳控制和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制中增加塔架阻尼控制，降低了塔架擺動(dòng)幅度，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。⑸研究了復(fù)雜風(fēng)況下葉片載荷波動(dòng)的特性，提出了獨(dú)立變槳控制降低葉片疲勞載荷。獨(dú)立變槳控制把三個(gè)葉片的載荷看成周期性對(duì)稱的，通過dq坐標(biāo)