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大功率风力发电机在独立变桨控制下的振动研究

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第12期45卷 4206-4211页

作者：金鑫熊海洋夏宗朝何玉林杜静重庆大学机械工程学院重庆400044

在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节(LQR)和干扰自适应控制(DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对1台5 MW机组进行仿真研究。研究... 详细信息

在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节(LQR)和干扰自适应控制(DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对1台5 MW机组进行仿真研究。研究结果表明:通过独立变桨,风力机结构的各项振动加速度幅值均有较大程度下降,能有效降低风力发电机振动以及系统结构的等效疲劳载荷,进而提高设备可靠性和延长设备使用寿命。

关键词：大功率风力发电机线性二次型调节干扰自适应控制独立变桨控制振动

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海上浮式风力机变桨距控制研究

太阳能学报 2021年第1期42卷 143-148页

作者：余万丁勤卫李春郝文星韩志伟上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

借鉴陆上风力机基于状态空间法的干扰自适应控制,在状态空间中考虑海上浮式风力机支撑平台运动自由度,采用状态观测器评估系统各状态量,研究不同干扰自适应变桨距控制对海上浮式风力机控制性能的影响,并与FAST基础控制对比分析。结果表... 详细信息

借鉴陆上风力机基于状态空间法的干扰自适应控制,在状态空间中考虑海上浮式风力机支撑平台运动自由度,采用状态观测器评估系统各状态量,研究不同干扰自适应变桨距控制对海上浮式风力机控制性能的影响,并与FAST基础控制对比分析。结果表明:海上浮式风力机变桨距控制设计应基于状态空间法的干扰自适应控制,同时在状态空间中应考虑平台纵荡、纵摇及艏摇自由度。

关键词：海上浮式风力机自由度状态空间法干扰自适应控制变桨距控制

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海上风力机变桨控制策略仿真研究

动力工程学报 2020年第5期40卷 398-403页

作者：张立余万李春邓允河上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 中国商飞上海飞机设计研究院上海201210 雅图新能源科技有限公司广东深圳518000

基于开源软件FAST与Matlab/Simulink联合仿真平台,将干扰自适应控制(DAC)应用于海上风力机变桨控制,并与FAST基础控制进行对比,分析不同控制对海上风力机漂浮稳定性的影响,并提出一种改进的DAC,研究其对海上风力机漂浮式平台及风轮转速... 详细信息

基于开源软件FAST与Matlab/Simulink联合仿真平台,将干扰自适应控制(DAC)应用于海上风力机变桨控制,并与FAST基础控制进行对比,分析不同控制对海上风力机漂浮稳定性的影响,并提出一种改进的DAC,研究其对海上风力机漂浮式平台及风轮转速的影响。结果表明:与FAST基础控制相比,在DAC下海上风力机风轮转速更稳定,但其漂浮稳定性差;DAC对海上风力机漂浮稳定性的影响主要集中于纵荡和纵摇方向;与DAC和FAST基础控制相比,改进的DAC更适用于海上风力机变桨控制。

关键词：海上风力机漂浮稳定性变桨控制干扰自适应控制漂浮式平台

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独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响

电力系统保护与控制 2013年第8期41卷 49-53页

作者：金鑫钟翔何玉林韩花丽重庆大学机械工程学院重庆400044 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司重庆401122

随着风力机功率的越来越大,结构越来越大,国产化风力发电机振动问题逐渐显现出来。以国产兆瓦级风力发电机组为依托,研究大型风力发电机组独立变桨距控制技术,并以此为基础研究独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响。在研究了传统变... 详细信息

随着风力机功率的越来越大,结构越来越大,国产化风力发电机振动问题逐渐显现出来。以国产兆瓦级风力发电机组为依托,研究大型风力发电机组独立变桨距控制技术,并以此为基础研究独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响。在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节(LQR)和干扰自适应控制(DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对一台5MW机组的仿真研究结果表明,分析结果与统一变桨比较,通过独立变桨,风力机结构的各项振动加速度幅值均有较大程度下降,能够有效降低风力发电机振动,进而可以提高设备可靠性和延长设备使用寿命,降低维护成本。

关键词：大功率风力发电机线性二次型调节干扰自适应控制独立变桨控制振动

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海上浮式风力机变桨距控制及稳定性分析

海上浮式风力机变桨距控制及稳定性分析

作者：余万上海理工大学

学位级别：硕士

海上风能由于我国对其导向性政策及相关规划将成为我国风电行业发展的“新引擎”。海上风力机主要分为近海风力机和海上浮式风力机。其中,近海风力机与陆上风力机相近,均属于固定式,故陆上风力机所具有的许多研究结果和成熟的相关技术... 详细信息

海上风能由于我国对其导向性政策及相关规划将成为我国风电行业发展的“新引擎”。海上风力机主要分为近海风力机和海上浮式风力机。其中,近海风力机与陆上风力机相近,均属于固定式,故陆上风力机所具有的许多研究结果和成熟的相关技术多数可应用于近海风力机;而海上浮式风力机虽具有陆上风力机的大部分特征（包括大型化发展趋势以及除固定基础的其他所有结构和有关的控制系统）,但最大区别是其非固定式的浮式平台。为此,在借鉴陆上风力机的研究成果和相关技术的同时应对其开展重要的基础性和适应性研究。变桨变速调节作为风力机主流的运行调节方式,陆上风力机已有着成熟的对应变桨变速调节的变桨距控制系统。海上浮式风力机在外界载荷作用下,一方面浮式平台具有多自由度的动态响应;另一方面,平台动态响应且将通过塔架传递到风轮侧进而影响变桨距控制效果;最后,风轮叶片的变桨距控制亦会影响平台动态响应。这显然与近海风力机和陆上风力机存在很大差异,因此,针对海上浮式风力机特点,在借鉴陆上风力机变桨距控制系统时应对其作相关研究。此外,海上浮式风力机叶片结构大型化及由此导致的柔性化和平台动态响应将会对结构降载提出更高的要求,此又凸显了开展海上浮式风力机变桨距控制系统研究的重要性。为此,本文基于NREL开发的气动-水动-伺服-弹性开源软件FAST并与MATLAB/Simulink形成联合仿真平台,建立基于现代控制理论的干扰自适应方法,用于Spar平台、Barge平台及TLP平台海上浮式风力机统一和独立变桨距控制研究,从变桨距控制性能、风力机叶片载荷及平台动态响应三个方面与FAST基础控制对比分析。基于以上工作内容,可得如下结论:1.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下,Spar平台海上浮式风力机发电机转速波动更为稳定,叶片挥舞力矩最值明显下降但均方根变化不明显,平台纵荡动态响应增大而纵摇响应减小;在干扰自适应独立变桨距控制下,Spar平台海上浮式风力机发电机转速波动也较为稳定,叶片挥舞载荷明显降低,平台纵荡和艏摇动态响应有所增加,但不仅平台横荡动态响应有着明显的减小,而且对海上浮式风力机稳定性有着重要影响的纵摇和横摇两个方向上的动态响应也有着一定的减小。综上所述,本文所建立的干扰自适应统一变桨距控制对于Spar平台海上浮式风力机有着较好的控制效果,然这种好的控制效果仅在于发电机转速和叶片最大挥舞力矩两个方面;而干扰自适应独立变桨距控制对Spar平台海上浮式风力机有着更好的控制效果,这种更好的控制效果不仅在于发电机转速,还在于明显减小了叶片挥舞力矩（不仅在最值方面且在均方根方面）及一定程度上减小了影响平台稳定性的纵摇和横摇两个方向的动态响应。2.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下Barge平台海上浮式风力机发电机转速波动稍好,叶片摆振力矩稍大而挥舞力矩稍小,平台动态响应增大;在干扰自适应独立变桨距控制下Barge平台海上浮式风力机发电机转速波动稍好,叶片载荷减小不明显,平台动态响应增大。综上所述,本文所建立的干扰自适应控制无论是用于Barge平台海上浮式风力机统一变桨距还是独立变桨距均会增大Barge平台动态响应且对叶片载荷影响较小,但会稍微改善发电机转速波动性。3.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下TLP平台海上浮式风力机发电机转速波动性差,叶片挥舞力矩较小,平台动态响应无明显变化;在干扰自适应独立变桨距控制下TLP平台海上浮式风力机发电机转速波动性更差,叶片挥舞力矩有着明显地减小,平台动态响应在艏摇方向上增大而在其他方向上差异较小。综上所述,本文所建立的干扰自适应控制无论是用于TLP平台海上浮式风力机统一变桨距还是独立变桨距均会增大发电机转速波动性及对平台动态响应的影响不明显,然会减小叶片挥舞力矩。4.本文所建立的干扰自适应控制对不同平台海上浮式风力机有着不同的控制效果,对Spar平台海上浮式风力机控制效果最好,Barge平台海上浮式风力机及TLP平台海上浮式风力机次之。综上所述,所建立的干扰自适应控制并不适用于所有类型平台海上浮式风力机变桨距控制。

关键词：海上浮式风力机平台变桨距控制 FAST基础控制干扰自适应控制

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漂浮式风机变桨距控制方法设计

现代电子技术 2023年第14期46卷 85-92页

作者：袁嘉旺程志江陈星志刘登权马志钢新疆大学可再生能源发电与并网教育部工程研究中心新疆乌鲁木齐830017

海上漂浮式风机在风浪联合作用下做变桨控制,会对漂浮式风机的发电功率造成影响。传统的PID变桨控制效果差,存在发电功率波动较大的问题,为此,文中利用美国可再生能源实验室(NREL)提供的FAST软件,建立波浪载荷作用下的漂浮式风机的动力... 详细信息

海上漂浮式风机在风浪联合作用下做变桨控制,会对漂浮式风机的发电功率造成影响。传统的PID变桨控制效果差,存在发电功率波动较大的问题,为此,文中利用美国可再生能源实验室(NREL)提供的FAST软件,建立波浪载荷作用下的漂浮式风机的动力学方程,采用L-M法(Levenberg-Marquardt)对其中的系数进行辨识,并与FAST输出的高保真模型进行对比,验证所建立模型的准确性。其次,利用FAST提供的联合仿真平台设计一种基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制的方法,实现漂浮式风机变桨距的稳定控制。结果表明:与基于FAST的变桨距控制相比,基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制方法风轮转速的波动较小,输出功率的超调量更小,调节时间较短,更加稳定,而且能够减少漂浮式风机在平动方向和转动方向中横荡的波动,更适合海上漂浮式风机的变桨控制。

关键词：漂浮式风机变桨距控制风机模型 PID状态反馈发电功率波动干扰自适应控制风轮转速

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