基于流体脉动理论的漂浮式风力机平台纵摇运动控制策略

在流体脉动理论作用下,对张力腿式漂浮式风力机平台的纵摇运动进行分析,提出一种通过给变桨动作施加主动阻尼的控制策略,设计在不影响电功率输出的情况下的反馈控制系统,利用FAST软件对NREL提供的5 MW张力腿式漂浮式风力机进行建模,并与MATLAB/Simulink软件进行联合仿真。仿真结果表明,在流体脉动理论下设计的反馈控制系统不仅能降低塔顶的纵摇位移、叶轮转速和电功率输出波动,也能在一定程度上降低塔基处的纵摇力矩,对延长塔筒的寿命起到一定的作用。     

变速变桨风力机的自适应变桨及转矩控制

针对风力机特性仿真结果的不准确性,风力机在运行过程中运行参数的变化导致最初选定的名义桨距角可能不是最优值,以及传统变桨可能导致电机转矩波动过大的问题,提出自适应变桨控制策略和线性二次型调节(linear quadratic regulator,LQR)转矩控制策略。以5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,使用Matlab/Simulink和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明所提出的控制策略能很好地解决桨距角最优值的确定以及在额定风速以上电机转矩波动过大的问题。     

独立变桨条件下的风力发电机动态载荷优化及仿真分析

针对大型风电机组动态载荷分布不均问题,提出基于线性二次高斯控制的独立变桨控制策略,通过建立整机系统模型和线性二次高斯算法（LQG）控制器,利用SIMPACK软件与Simulink进行联合仿真,计算比较不同控制方式下风力机主要零部件所受的载荷。计算结果表明,相对于统一变桨,独立变桨控制方式能够更好地稳定输出功率和载荷波动。相对于传统的PI统一变桨控制,LQG独立变桨控制能更好地降低风力机主要零部件的疲劳载荷。     

基于TMD的半潜式风力机振动控制

针对某5 MW半潜式风力机的振动控制进行研究,以单纯形遗传算法(SCGA)分别对有无行程限制的调谐质量阻尼器(TMD)的固有频率、阻尼比进行参数优化,探讨经过优化参数后的TMD对风力机关键部位位移和载荷的影响。在SIMPACK软件中建立半潜式海上风力发电机组的多体动力学模型,在5种工况下对风力发电机进行动力学仿真分析。仿真结果表明,相较于有行程限制的TMD,施加行程限制后的TMD减振效果变差,但考虑到机舱空间的实际大小,TMD施加行程限制仍有一定的参考意义,且纵向减振效果优于横向减振效果。     

基于ANSYS ACP的风电机组复合材料机舱罩轻量化设计

大兆瓦级风力发电机组机舱罩为大型壳体结构,多采用GFRP等复合材料制造。现有的机舱罩设计普遍趋于保守,存在冗余安全储备系数,生产安装成本过高不利于风电的降本。根据GL2010规范,对某5MW风力发电机组机舱罩进行有限元建模和静力学仿真分析,并根据分析结果,综合考虑机舱罩制造局限与制造成本进行轻量化设计,之后通过静力学分析、失效分析与模态分析对机舱罩进行校核。计算结果表明了机舱罩轻量化设计的有效性与安全性,为降低机舱罩制造和安装成本提供了新的思路和方法。     

基于风剪效应的独立变桨控制对漂浮式风力发电机性能的影响

随着风力发电机塔架高度以及叶片尺寸的增大,风剪效应对风力发电机性能的影响越来越显著,为此提出了基于风剪效应的独立变桨控制策略。分析了漂浮式风力发电机支撑结构的动力学模型,结合针对陆上风力发电机提出的基于风剪效应的独立变桨控制策略,并使用线性二次型调节技术（linear quadratic regulator, LQR）分别对3种漂浮式风力发电机的独立变桨控制器进行了设计,在Matlab/Simulink软件中搭建仿真模型并与Fast软件进行联合仿真。仿真结果表明：所采用的独立变桨控制策略对3种形式的风力发电机的功率、纵摇运动影响并不相同。独立变桨控制策略可以明显降低单柱式风力发电机的功率波动,但对张力腿式和驳船式风力发电机来说效果不明显甚至变得更差;而对于漂浮式风力发电机的纵摇运动来说,独立变桨和统一变桨控制策略对单柱式和张力腿式风力发电机的影响差别不明显,而对驳船式风力发电机来说,独立变桨控制策略使其纵摇角度变得更大。     

柱状漂浮式风力机结构振动控制

针对柱状漂浮式风力机的结构振动控制展开研究。首先为进行调谐质量阻尼器(TMD)参数的优化,对风力机模型进行简化,并对简化模型中的未知参数进行估计;随后,基于简化模型分别使用公式法和遗传算法对TMD参数进行优化,并通过比较塔顶前后位移的标准偏差确定最终的优化方法;最后,为评估TMD对风力机振动控制的影响,构建风力机的联合仿真模型,并在3种典型工况下进行仿真分析。仿真结果表明,所设计的TMD可以很好地降低漂浮式风力机的载荷以及位移,有效抑制塔顶振动加速度与系泊缆绳有效张力,同时可有效降低额定风速以上时电功率输出的标准偏差,使电功率输出更加稳定。     

风浪激励下的海上风力机振动控制

该文建立考虑桩-土耦合作用的单桩式海上风力机整机多体动力学模型,结合水动力和空气动力,借助Matlab/Simulink搭建风力机的联合仿真模型。对安装于机舱内的单调谐质量阻尼器（STMD）和多重调谐质量阻尼器（MTMD）系统进行设计,并在运行工况和泊机工况下进行仿真分析。研究表明,相比于正常运行工况,泊机工况下的调谐质量阻尼器（TMD）振动抑制性能更优,对塔基前后弯矩标准偏差有着最优的控制效果,且MTMD系统中TMD的数量与系统振动抑制性能存在非线性关系。     

风力发电机噪声传播的数值仿真

探讨风力机噪声的传播问题,推导了噪声随距离分布的数学关系。由于噪声的接受者一般位于地面,以接受者到塔架的距离作为自变量来分析噪声传播特征。继而应用Cadna A软件进行噪声仿真预测,将数学推导结果与仿真结果进行比较,结果显示了良好的一致性。     

风力发电机传动链的扭转振动控制

针对变速变桨(VSVP)风力发电机组如何抑制传动链的扭转振动进行研究.提出了使用卡尔曼滤波对轴扭转角速度进行估计与在反馈环节上施加反馈增益相结合的扭距控制策略.以三叶片变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对直接速度反馈控制策略与施加了卡尔曼滤波和反馈增益的控制策略进行仿真比较.结果表明:相对直接速度反馈变控制,提出的转矩控制能使风力发电机组传动链的扭矩尖峰明显减小,并降低了发电机输出功率的波动.