風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獨立變槳距載荷優(yōu)化控制研究
摘要:對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獨立變槳距控制原理進(jìn)行闡述。建立了風(fēng)力發(fā)電機組槳葉載荷的數(shù)學(xué)模型,利用Coleman坐標(biāo)變換實現(xiàn)了將槳葉上的載荷轉(zhuǎn)換成輪轂處傾斜方向和偏航方向的疲勞載荷,并且實現(xiàn)了二者的解耦,簡化了控制器的設(shè)計;之后利用Coleman逆變換實現(xiàn)了槳距角的微調(diào)。該控制系統(tǒng)根據(jù)隨機風(fēng)速的變化,利用獨立變槳控制對風(fēng)力機槳葉槳距角進(jìn)行實時調(diào)節(jié),以達(dá)到減小風(fēng)電機組關(guān)鍵部件載荷的目的。仿真結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定值以上時,該控制策略在統(tǒng)一變槳距控制的基礎(chǔ)上,不僅保證輸出功率近似相等,而且減小了槳葉所承受的疲勞載荷,也減小了風(fēng)力機組其他關(guān)鍵部件的疲勞載荷。
1 引 言
變槳距控制系統(tǒng)作為兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的核心部分之一,對機組安全、穩(wěn)定、高效的運行具有十分重要的作用。變槳距有統(tǒng)一變槳距和獨立變槳距兩種形式。統(tǒng)一變槳距通過執(zhí)行機構(gòu)對風(fēng)力機的3個槳葉實現(xiàn)同步調(diào)節(jié)控制。隨著風(fēng)電機組裝機容量、塔架的高度及風(fēng)輪半徑的增大,其缺點也暴露出來[1]。首先統(tǒng)一變槳距調(diào)節(jié)的前提條件是風(fēng)輪掃平面內(nèi)的風(fēng)速是相同的,但由于實際中湍流、風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)的存在,使得這是不可能的。其次由于各個槳葉上承受風(fēng)速的不同,使得槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中,槳葉所承受的載荷也不同,而統(tǒng)一變槳距顯然不能對上述問題進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)。
針對上述問題,近年來在統(tǒng)一變槳距控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來了獨立變槳距控制,并取得了一定的發(fā)展[2-4]。它的每個槳葉都有一套獨立的變距伺服驅(qū)動系統(tǒng),能夠根據(jù)各槳葉風(fēng)速的不同來實現(xiàn)對槳葉槳距角進(jìn)行局部調(diào)整,其原理為使用統(tǒng)一變槳距控制保證功率輸出的近似恒定,其分析參照本人已發(fā)文獻(xiàn)[5],這里不給于詳細(xì)分析,而偏差變槳角的微調(diào)使作用于槳葉的載荷得以減小。
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