关于独立变桨距技术的风力发电机组载荷控制研究.pdfVIP

第32卷第11期 太阳能学报 V01．32，No．11 2011年11月 ACTAENERG【^正SOLARISSINICA Nov．。2011 文章编号：0254-0096(2011)11—1591-08 基于独立变桨距技术的风力发电机组载荷控制研究 鲁效平1”，顾海港1，林勇刚1，李伟1，刘宏伟1 (1．浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，杭州310027；2．济南轨道交通装备有限责任公司，济南250022) 摘要：研究了基于独立变桨距技术的风力发电机组的载荷控制，研究方法主要从空气动力学人手，建立了风力 发电机组独立变桨距系统的多输入多输出线性化模型，利用d-q坐标变换将旋转坐标系下的载荷转换到固定坐标 系下，设计模糊控制器，对d轴和q轴的载荷分量分别采用模糊PID控制。为了检验该控制方式的效果，在半物理 实验平台上进行相应的仿真实验，结果显示独立变桨距控制技术可有效消除风力机上的不平衡载荷，与统一变桨 距控制相比，叶轮的俯仰力矩最大峰值减少68．1％，偏转力矩的最大峰值减少52．3％，同时也可以看出，采用独立 变桨距技术后对功率的输出影响不大。 关键词：风力发电机组；载荷控制；独立变桨距；模糊PID；d-q坐标变换 中图分类号：TK8 文献标识码：A HassanandPartners 立变桨距的控制中；英国Garrad 0 引 言 E Ltd公司的BossanyiA¨引的研究方法是测量叶根 风能作为最有开发价值的新能源之一日益受到 的载荷，通过“d．q坐标变换”将旋转坐标下的载荷 各国的重视[1’2J，目前风电发展的瓶颈在于其成本仍 变换成两个相互垂直坐标下的平均值和偏差；丹麦 高于矿石电价pJ。随着风力发电机组尺寸的增加， Torben Ris谚National Juul等¨列 Laboratory的I．arsen 叶轮上不平衡载荷引起的风力机疲劳失效成为风电 提出一种基于来流测量的独立变桨距控制技术；国 运行维护成本的主要来源【4J。当前的风力发电机组 内的研究机构包括浙江大学和沈阳工业大学也对独 载荷控制技术主要有3种：功率控制环外加谐振补 立变桨距技术进行了研究014．1SJ。 偿的方式、智能旋翼和独立变桨距控制。功率控制 本文的控制方法基于d-q坐标变换技术，将3 环外加谐振补偿的方式并不是针对载荷消除专门设 个桨叶坐标系的载荷映射到固定的直交坐标系中， 计的。对载荷的抑制效果并不明显【60；智能旋翼技术 利用智能控制技术对两个轴上的载荷分别进行控 最初应用在直升机减振降噪中o7l，当前风力机上智 制。 能旋翼的研究均停留在理论设计和仿真实验阶 段【8J。独立变桨距技术作为最有前途的载荷控制手 1风力发电机组独立变桨距系统模型 段成为当前国外风力发电机组公司和科研院所研究 与统一变桨距的模型相比，独立变桨距系统需 的重点。很多风力机变桨距机构已采用单独的驱动 要分别考虑3个叶片上的载荷，因此要建立一个多 器，不需要改变驱动系统的结构就可以实现独立变 输人多输出的系统模型。模型构成如图l所示。为 桨距的控制归J，所以独立变桨距技术研究的重点是 了简化模型，假设叶片和传动轴是刚性的、电机的力 其控制技术。独立变桨距技术已被提出较长时间， 矩可控且叶根的弯矩是可以准确测量的。 但目前的工作大多停留在仿真研究阶段¨01。