大型风电机组独立变桨控制技术研究.pdfVIP

第32卷第6期 太阳能学报 V01．32．No．6 2011年6月 ACTAENERGIAESOLARISSINICA Jun．，20lI 文章编号：0254-0096(2011)06-0891-06 大型风电机组独立变桨控制技术研究 应 有，许国东，潘东浩，叶杭冶 (浙江运达风力发电工程有限公司，杭州310012) 摘要：通过对风力机简化模型的分析，推导出风力机的运动方程和输出方程；通过卡尔曼坐标变换将塔架前后 运动方程和载荷输出方程所代表的线性时变系统解耦为线性时不变系统，在此基础上提出带3个独立控制环的独 立变桨控制策略；利用“GHBladed”软件对独立变桨控制策略进行仿真试验研究，仿真试验结果表明，采用独立变 桨控制技术不但能实现转速控制功能，还能有效减小叶片根部挥舞力矩、轮毂倾翻力矩、偏航力矩的波动，从而能 有效降低变桨轴承、主轴、轮毂、偏航轴承、塔架上的疲劳载荷。 关键词：风电机组；独立变桨控制；减少疲劳载荷；坐标变换 中图分类号：TK8 文献标识码：A 案，仿真试验结果表明该独立变桨控制方案是有效 0 引 言 合理的，可为下一步样机实验提供研究基础。 随着风电机组单机容量的增大和风电技术的成 熟，目前大型风电机组的研究重点是降低制造和运 1风力机简化模型分析 行成本。通过减小风电机组各关键部件的载荷，以 独立变桨控制既要实现转速控制，又要实现载 减轻这些关键部件的重量，并提高设备的可靠性和 荷控制(减小叶轮上不均衡载荷)，因此需对风力机 延长使用寿命，这是降低风电机组成本的有效途径。 运动工况和载荷工况进行分析。为便于分析，对风 风湍流、风剪切、塔影效应、偏航偏差等因素会 力机模型进行线性简化处理。线性简化模型如图1 对大型风电机组的叶轮产生不均衡载荷，且风轮直 所示，其包括以下特征”．6】： 径越大，整个风轮面受力的不均衡度就越强，叶轮上 1)独立变桨控制的刚性叶片； 不均衡载荷也就越明显¨j。叶轮上的不均衡载荷会 2)传动链一阶扭转模型； 给变桨轴承、轮毂、主轴、偏航轴承、塔架等风电机组 关键部件造成很大疲劳载荷。理论上分析，根据叶 卧1 片具体情况对每个叶片进行独立变桨控制有可能减 J。 小叶轮上的不均衡载荷悼3 现代大型风力发电机组都采用了变桨控制技 术，通过变桨控制，控制叶轮转速，以控制发电机输 出功率。但现代大型风力发电机组几乎都采用独立 驱动的协同变桨控制技术，也就是三套独立的变桨 执行机构得到的是同样的位置指令信号，这样的变 桨控制不能减小叶轮上的不均衡载荷MJ。本文研究 ～种新型的独立变桨控制技术，在实现控制叶轮转 速的基础上还能有效减小叶轮上的不均衡载荷。通 图l 风力机简化模型示意图 过对风力机简化模型分析设计出独立变桨控制方 ofthe windturbinemodel Fig．1Layout simplified 收稿日期：2009-06-09 通讯作者：应有(1983一)，男，工程师，主要从事风力发电技术方面的研究。yingy@chinawindey．com 万方数据 892 太 阳 能 学 报 32卷 3)一阶塔架前后弯曲模型； 将公式(1)、(3)代入公式(2)得出： 4)发电机转矩控制