风电机组五自由度载荷复现的控制技术

针对风电机组多自由度载荷加载的需要,提出一种五自由度载荷复现的加载技术方案。将风轮、轮毂等部件等效成为加载盘,在该盘轴向和径向分别均匀设置24个电液加载器。通过一定的加载策略对24个加载器进行针对性的控制,以有效合成并复现五自由度载荷。设计相应的加载控制系统,提出基于五自由度载荷的加载策略。在此基础上,提出基于自适应加权模型的加载系统频响函数辨识方法,经由改进的粒子群算法优化,以获得高精度的系统频率响应模型。同时,针对系统加载力时延的特点,提出频域加载预测控制策略,以实时修正驱动谱,实现单频率点载荷谱的精确跟踪。仿真和实验结果验证了加载控制技术方案的可行性和有效性,并表明加载控制系统能有效实现高精度的五自由度载荷复现。     

垂直轴风力机流场主动控制方法研究

针对垂直轴风力机叶片攻角连续性变化导致的非稳定流动,提出一种改善叶片攻角的主动变桨控制方法。首先通过实验验证数值模拟方法的可行性及有效性,其次对变桨控制前后风力机流场进行二维数值模拟,得到风力机在不同变桨条件下的气动特性及流场结构,计算结果表明:变桨控制可使叶片在不同方位角下处于更合适的攻角,进而获得较优的气动性能,变桨控制后的风能利用系数有所增加。随着最大变桨角度的增加,风能利用系数先增大后减小,最大可提高33.2%,同时主动变桨可抑制叶片尾缘流动分离,使得叶片尾涡耗散轨迹更贴合风轮旋转圆周。从而降低转矩系数波动幅值,提高风力机运行寿命。     

智能夹层风力机叶片振动主动控制研究

总结了国内外压电材料应用于弹性体的情况;对智能夹层风力机叶片进行建模,将压电材料丝埋入风力机叶片的基体中,用有限元分析软件Algor分析埋入的压电材料逆压电效应下的应力、位移,实现叶片振动主动控制,以防止叶片这一弹性体发生颤振。为实现叶片智能振动控制打下基础。     

水平轴失速型风力机主动非线性控制

讨论了大型主动失速型风力机在额定工况以上时的主动非线性控制问题。直接利用所推导的仿射性非线性模型．采用微分几何精确线性化理论,实现恒速风力机全局精确线性化控制,给出了反馈控制算法,并对闭环系统进行了数字仿真。     

风力机等效载荷的评估

通过神经网络建立数学模型,利用Multibrid M5000风力机实测的运行信号对叶片拍打弯矩、叶片弦向弯矩、塔筒弯矩和塔筒转矩的等效载荷进行了评估.同时分析了不同运行参数对评估效果的影响程度.通过与实测结果比较表明,该方法可以在避免测试风力机载荷的情况下获得载荷的评估结果,具有较高的精度,可以用来预测风力机的寿命.     

风力机叶片面内振动的主动控制研究

针对风力机叶片面内方向振动建模和控制问题,采用欧拉-拉格朗日法建立力学模型描述旋转叶片动态及塔架动态;采用分布式参数考虑了叶片的空气动力属性、分布式质量及刚度以及重力和离心刚化的影响;对叶片和塔架的耦合,发电机转矩对塔架振动的影响也进行了建模。为了减小整个叶片的振动,设计空间H∞控制器来抑制振动,在每个叶片叶尖安装一对主动拉索,在面内振动方向产生主动控制力,以减少振动幅值。利用Matlab/Simulink平台,建立NREL-5 MW机组模型并进行数值仿真,其结果显示出整个叶片振动幅值的减小,显示了所提出的控制策略及执行器布置,能有效地抑制由叶片上连续分布的实变风载荷引起的振动。     

风力机叶片摆锤共振疲劳加载系统及控制研究

分析疲劳加载过程中摆锤受叶片振动影响的运动规律,利用能量法进行系统动力参数匹配计算,设计一套摆锤共振型大型风力机叶片疲劳加载系统。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,以振幅偏差为偏差变化率输入,加载频率为输出建立模糊控制系统,控制器对振幅变化数据进行采集、存储与分析,并搜索跟踪共振频率,驱动变频电机实现叶片等幅稳定振动。现场试验结果表明,叶片加载载荷更均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,为风力机叶片疲劳加载提供了理论基础与试验依据。     

兆瓦级风力机叶片疲劳加载系统及其自适应扫频控制

设计一套偏心质量快驱动的兆瓦级风力机叶片疲劳加载试验系统,整个加载系统采用多级网络互联模式。由于疲劳试验周期较长,导致加载点刚度变化,引起叶片振幅衰减。针对该问题,通过激光测距仪获取加载点振幅作为控制指标,并以振幅变化及其变化趋势作为输入,加载频率作为输出,建立模糊扫频控制系统,变频电机驱动叶片实现等幅振动。试验结果表明该加载系统结构可靠、自动控制过程稳定,自适应扫频控制器能有效维持风力机叶片的幅值误差小于5 mm,满足试验要求。     

风力机叶片双激励共振疲劳加载系统自适应扫频控制

针对非线性特性及环境影响引起叶片疲劳试验振幅衰减的问题,建立风力机叶片双激励共振式疲劳加载系统动力学模型,利用平均法求解激振加载系统的动力学方程,分析系统振动特性,提出疲劳加载自适应扫频控制方法.基于鉴相法检测激振力和振动位移的相位差,设计系统共振频率跟踪控制器,然后利用Matlab/Simulink建立仿真模型对控制...     

基于调频质量阻尼器的并网风力机叶片振动主动控制

风力发电机叶片的振动问题会影响风力发电机的安全运行及功率输出。针对叶片振动控制问题,采用主动调频质量阻尼器(TMD)设计主动控制策略,建立完整的机械及电气耦合模型。基于欧拉-拉格朗日法建立并网变速运行条件下的双馈感应风力机(DFIG)整体动力学模型,包括叶片、塔架的耦合,机械及电气由传动系统耦合。分析湍流载荷、变速诱导力及电网动态对叶片面内振动的影响,文章扩展了现有的模型,考虑了阻尼器停止力,完善了动力学模型,设计了约束系统和H∞鲁棒控制策略。仿真结果表明,提出的模型准确可靠,控制策略能有效减小叶片面内振动,阻尼器行程满足叶片许可的工作空间。此外,数值研究表明,在发生电网故障的情况下,控制器对于风轮速度变化具有鲁棒性。     

基于x-LMS的智能叶片风力机复合主动降载控制方法

为研究大型风力机的主动降载控制方法,以NREL 5 MW参考风力机为研究对象,建立了具有尾缘襟翼的智能叶片风力机非定常气动模型,并分析其非定常气动性能。基于x-LMS分别对桨距角和尾缘襟翼角进行控制,提出将二者结合的复合主动降载控制方法,并分析了在不同风况下所提控制方法的控制效果。结果表明:所建模型可有效模拟出智能叶片风力机的非定常气动性能;所提控制方法可同时抑制高频与低频叶根挥舞弯矩波动,并显著降低叶片疲劳载荷,有利于风力机的稳定运行。     

基于自适应非奇异智能终端滑模观测器的风力机载荷增广预测控制

为有效降低风力机在高风速运行时的不平衡载荷,提出一种基于自适应非奇异智能终端滑模观测器的载荷增广预测控制策略。首先,针对模型不匹配导致的模型预测控制性能下降的问题,将指令跟踪误差与系统状态的变化量增广为状态向量,设计增广预测模型以消除稳态跟踪误差;其次,设计自适应非奇异终端滑模观测器对系统状态进行估计,以提高控制系统的可靠性;然后,设计多目标变速灰狼优化算法同时对控制器和观测器参数寻优;最后,基于Simulink仿真平台验证了所提控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略可有效消除稳态误差,缩短调节时间并提高控制性能。     

风力机疲劳载荷谱的编制方法研究

对风力机疲劳载荷谱的编制方法进行了研究,分析了风力机零部件疲劳载荷的时间历程特性,研究了风力机所受疲劳载荷的特性及循环计数统计方法,并建立了一种较为适合的疲劳载荷谱编制方法——按工况编制疲劳载荷谱法,为风力机的疲劳寿命预估、结构疲劳设计等提供了必要的载荷依据。     

扰电/压电复合材料风力机叶片振动主动控制实验研究

将智能材料黏贴在叶片表面或嵌入叶片内部形成新的结构,其中扰电材料作为传感器,压电材料为作动器,完成风力机叶片智能结构的设计,设计自适应滤波控制系统,对振动信号进行检测,通过机电耦合抑制叶片的振动。搭建实验平台,在激振力的作用下,检测到在压电驱动力作用下振动衰减,验证所设计的主动振动控制方法,分析实现叶片振动主动控制的可行性,以防止叶片这一弹性体发生振动失效。     

基于扰动观测的漂浮式海上风力机主动滑模结构控制研究

针对漂浮式海上风力机主动结构控制问题,提出一种基于扰动观测的主动滑模控制方法,并应用风力机仿真工具FAST验证所提方法的有效性。在扰动二阶导数有界的前提下,理论证明观测器的稳定性和估计误差的有界性,从而有效估计匹配扰动和非匹配扰动。理论证明一类积分型滑模面的有限时间收敛性和闭环系统稳定性。基于FAST的仿真表明：所提出的主动调谐质量阻尼器（TMD）控制方法与最优被动TMD相比,主动TMD系统的漂浮平台俯仰角度和塔顶位移的均方根值可分别降低11.88%和13.56%,有效提升了风力机承受风浪载荷的能力。     

风力机尾流对风轮气动载荷影响的研究

为研究风电机组尾流对下游风电机组载荷的影响,根据已有的理论研究结果,假设几个重要尾流参数:上下游风电机组间距、上游风电机组推力系数、自然风速等。采用GH Bladed软件,在FL1500/70双馈式兆瓦风电机组上建模,并进行尾流计算。使用Matlab软件,对计算结果数据进行频谱图生成,用Bladed对计算结果进行后处理。所得结论为:机组间距减小,载荷稳定性降低,极限载荷增大;推力系数增大,载荷稳定性降低,极限载荷增大,但一般低于无尾流情况;自然风速增大,载荷主频增大且趋于0.3 Hz,载荷稳定性提高,载荷对其他参数的变化的敏感度上升。通过仿真分析,给出降低风电机组尾流影响的建议。     

风力机叶片在三维湍流下的载荷分析

载荷计算是风力机设计中最为关键的基础性工作,也是所有后续风力机设计、分析工作的基础.文章研究了在叶片坐标系下风力机主要载荷的确定方法;应用bladed软件计算稳态风速下的稳态运行载荷,并考虑湍流模型的影响;采用Improved yon Karman模型,将得到风文件加载到bladed里,来计算此风速下的空转运行载荷;最后通过自由频谱图验证整机是否有共振现象.