風力發電系統獨立變槳距載荷優化控制研究
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摘要:對風力發電系統獨立變槳距控制原理進行闡述。建立了風力發電機組槳葉載荷的數學模型,利用Coleman坐標變換實現了將槳葉上的載荷轉換成輪轂處傾斜方向和偏航方向的疲勞載荷,并且實現了二者的解耦,簡化了控制器的設計;之后利用Coleman逆變換實現了槳距角的微調。該控制系統根據隨機風速的變化,利用獨立變槳控制對風力機槳葉槳距角進行實時調節,以達到減小風電機組關鍵部件載荷的目的。仿真結果表明,當風速達到額定值以上時,該控制策略在統一變槳距控制的基礎上,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,也減小了風力機組其他關鍵部件的疲勞載荷。
關鍵詞:風力發電系統;獨立變槳距控制;載荷優化
中圖分類號:TK8 文獻標志碼:A
1 引 言
變槳距控制系統作為兆瓦級風力發電機組控制系統的核心部分之一,對機組安全、穩定、高效的運行具有十分重要的作用。變槳距有統一變槳距和獨立變槳距兩種形式。統一變槳距通過執行機構對風力機的3個槳葉實現同步調節控制。隨著風電機組裝機容量、塔架的高度及風輪半徑的增大,其缺點也暴露出來[1]。首先統一變槳距調節的前提條件是風輪掃平面內的風速是相同的,但由于實際中湍流、風剪切和塔影效應的存在,使得這是不可能的。其次由于各個槳葉上承受風速的不同,使得槳葉在旋轉過程中,槳葉所承受的載荷也不同,而統一變槳距顯然不能對上述問題進行很好的調節。
針對上述問題,近年來在統一變槳距控制的基礎上發展起來了獨立變槳距控制,并取得了一定的發展[2-4]。它的每個槳葉都有一套獨立的變距伺服驅動系統,能夠根據各槳葉風速的不同來實現對槳葉槳距角進行局部調整,其原理為使用統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文獻[5],這里不給于詳細分析,而偏差變槳角的微調使作用于槳葉的載荷得以減小。
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