大型风电机组变桨距载荷计算与特性分析_戴巨川
大型变桨距直驱式风电机组系统建模与控制策略研究
大型变桨距直驱式风电机组系统建模与控制策略研究一、概览随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的逐渐加强，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，正日益受到人们的关注。
风能发电作为一种重要的清洁能源利用方式，具有巨大的发展潜力。
风能发电过程中存在诸多挑战，其中之一就是风能的间歇性和不稳定性。
为了克服这些挑战，大型变桨距直驱式风电机组技术应运而生。
大型变桨距直驱式风电机组是一种先进的风电机组技术，其核心特点在于通过变桨距技术实现叶片角度的精确调节，从而适应风速的波动，保证风电机组的稳定运行。
采用直驱技术可以减少传动环节，降低机械损耗，提高整体效率。
本文将对大型变桨距直驱式风电机组系统进行建模与控制策略研究。
将对风电机组系统的结构和工作原理进行简要介绍；将建立风电机组系统的数学模型，包括风力机模型、发电机模型以及控制器模型等；将探讨风电机组系统的控制策略，包括功率控制、叶片角度控制以及故障诊断与处理等方面。
通过本文的研究，旨在为大型变桨距直驱式风电机组的设计和应用提供理论支持和技术指导，推动风能发电技术的进一步发展。
1.1研究背景随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，风能作为一种清洁、可再生的能源形式受到了越来越多的关注。
风能发电作为一种重要的清洁能源利用方式，具有巨大的发展潜力。
风能发电系统的效率和稳定性一直是制约其大规模应用的关键因素之一。
特别是大型风电机组，由于其规模大、参数复杂、非线性等特点，给风能发电系统的建模和控制带来了很大的挑战。
传统的风电机组建模方法往往基于简化假设和数值积分等手段，难以准确反映风电机组的真实动态特性。
传统的控制策略在面对大型风电机组时也显得力不从心，容易出现振荡、失稳等问题。
开展大型变桨距直驱式风电机组系统的建模与控制策略研究，对于提高风能发电系统的性能、降低投资风险、推动风能发电技术的快速发展具有重要意义。
1.2研究意义随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，正逐渐成为人类社会探索可持续能源发展的重要方向。
大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究
收稿日期:2006-08-21.基金项目:国家863计划资助项目(2100AA512022).作者简介:单光坤(1968-),女,辽宁沈阳人,副教授,博士生,主要从事大型风力发电机组变桨距技术等方面的研究.文章编号:1000-1646(2007)02-0209-04大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究单光坤,刘颖明,姚兴佳(沈阳工业大学风能技术研究所,沈阳110023)摘 要:旨在确定变桨距机构的结构形式,通过精炼设计校核变桨距机构的技术参数,论证变桨距机构的合理性,确保兆瓦级风力发电机组在60m 高空稳定工作.通过不同的变桨距机构方案的对比,找出各种变桨距机构的优缺点,完成兆瓦级风力发电机组变桨距结构的确定;利用数值算法进行变桨距机构参数的精炼设计;利用实验装置验证变桨距机构的合理性.最终,兆瓦级风力发电机组采用了液压变桨距结构形式,由数值算法给出了液压变桨距结构的最大负载力矩;并利用实验装置验证完成了在地面上的变桨距机构的调试工作,证明了变桨距机构在额定工况下能正常工作.在兆瓦级风力发电机组的调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.关 键 词:大型风力发电机组;变桨距机构;载荷分析;加载试验;测试工装中图分类号:T M 614 文献标识码:APitch regulated mechanism analysis and experiment of large wind turbineSHAN Guang kun,LIU Ying ming,YAO Xing jia(Wind Ener gy Institute o f T echnolog y,Shenyang U niversity of T echnology,Sheny ang 110023,China)Abstract:The research is to determine the pitch regulated mechanism of a large w ind turbine,check the technical parameters of pitch regulated mechanism by refine design,and demonstrate the rationality of pitch reg ulated mechanism,w hich w ill ensure the stable operation of the w ind turbine on the tow er of 60meters.The different pitch regulated mechanisms w ere compared to determine their advantages andshortcom ing s and select the best mechanism.T he refine desig n for the technical parameters of pitch regulated mechanism w as done by numerical analysis method.T he rationality of pitch regulated mechanism w as demonstrated by ex periments.At last,a hydraulic pitch regulated mechanism was selected for the megawatt wind turbine.T he max imum load moment of pitch regulated mechanism w as given by numerical analysis method,and the regulation and test on the ground w ere carried out.T he pitch regulated mechanism operates normally under rated condition and the desired results have been achieved.Key words:large w ind turbine;pitch regulated mechanism;load analysis;loading test;test technolog icalequipment变桨距风力发电机组,其桨叶桨距角在电气控制下可随时调整,当风速超过额定风速后,机组可通过调整叶片桨距角,保证其转速不变,输出额定功率,提高了机组利用率;变桨距型风力发电机组,在机组并网与脱网时,通过调整叶片桨距角,可使机组输出功率到最小,这样减小了机组在并网与脱网时的冲击电流,提高了机组寿命和电网质量[1];变桨距型风力发电机组,在其进行刹车制动时,由于其可先进行叶片变距气动刹车,再进行机械刹车,这样减小了机械刹车力矩,降低了刹车对机组部件的损害,提高了机组的寿命[2].由此,变桨距型风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流.沈阳工业大学风能技术研究所自主开发设计的1MW 风机采用了变桨距的形第29卷第2期2007年4月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 29No 2Apr.2007式.变桨距机构作为变桨距型风力发电机的关键部件直接影响到机组的正常运行,本文对1M W 风力发电机的变桨距机构从理论上进行了精炼设计分析,从实验上论证了变桨距机构的合理性.1 变桨距机构类型变桨距机构是变桨距型风力发电机组的核心.目前国际上大型风电机组的变桨距机构主要有两种实施方案[3]:机械齿轮传动变距与液压驱动变距.机械齿轮传动变距是利用伺服电机作为原动机,经过减速器通过齿轮副,带动桨叶旋转.这种变距方案,每一片桨叶都由一套独立的电动机、减速器和齿轮副驱动,因此变距力大,但电气布线困难,并且要求三个电动机运行同步,增加了控制上的难度.由于电动机、减速器、齿轮等部件均在轮毂内,增加了风轮重量和轮毂制造难度,而且维护也极不方便.液压驱动变距是利用液压缸作为源动机,通过曲柄滑块机构推动桨叶旋转.由于液压系统输出力大,变距机构可以做得很紧凑.液压驱动变距也有两种结构:一种是通过轮毂内三个液压缸和三套曲柄滑块机构分别驱动三片桨叶.这种方案变距力很大,但存在三个液压缸同步控制难,电气布线困难,风轮重量增加,轮毂制造难度加大,维护不便等问题;另一种结构是液压站,液压缸放在机舱内,通过一套曲柄滑块机构同步推动三片桨叶旋转.这种结构电气布线方便,而且降低了风轮重量和轮毂制造难度,维护也很容易,但这种结构要求传动机构的强度、刚度较高.2 大型风力发电机组变桨距机构本兆瓦级风电机组是变桨距型风力发电机组[4],采用的是液压缸作为源动机,通过一套曲柄滑块机构同步驱动三片桨叶变距的方式.2 1 变桨距机构组成本机组的变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成.其结构如图1所示[5].图1 变桨距机构Fig 1 Pitch regulated mechanism各组成部件作用如下:推动杆:传递动力,把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上.支撑杆:是推动杆轮毂端径向支撑部件.导套:与支撑杆形成轴向运动副,限制支撑杆的径向运动.同步盘:把推动杆的轴向力进行分解,形成推动三片桨叶转动的动力.防转装置:防止同步盘在周向分力作用下转动,使其与轮毂同步转动.其中同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘组成了曲柄滑块机构,将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动.该机构的工作过程如下:控制系统根据当前风速,以一定的算法给出液压缸的位移信号,液压系统根据位移指令信号驱动液压缸,液压缸带动推动杆,同步盘运动,同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动,偏心盘带动桨叶进行变距.2 2 变桨距机构分析该变桨距机构简图如图2所示.图2 变桨距机构运动简图F ig 2 Schematic movement of pitch regulated mechanism图中:od 摇杆;210 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷df 连杆;od摇杆初始位置与水平线夹角;X 推杆位移;摇杆从初始位置转过角度;L 连杆长度.该机构的受力分析:该变桨距机构主要承受和传递来自两个方向的载荷:桨叶的旋转力矩和液压缸的输出力.桨叶旋转力矩的x轴分量传给液压缸的推动杆,y轴分量通过防转装置传给轮毂.油缸的输出载荷传递路线则相反,最后通过桨叶法兰的转动达到对桨叶变距操纵的目的.2 3 变桨距机构顺桨力的分析与计算[6]风电机组在工作状态下,作用于每个桨叶变距轴(桨叶大梁)上的阻力矩由如下几部分组成: M1=M j+M z+M m+M e+M f式中:M j 由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩;M z 由空气动力作用而产生的气动力矩;M m 桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩;M e 弹性变形引起的力矩;M f 由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩.1)由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩M j在变距过程中,桨叶产生的最大惯性阻力矩为M j max=J22=10856 56Nm式中:J 桨叶对变距轴(大梁)的质量惯性矩,2200kg/m2;风轮回转角速度,3 1416/s.2)空气动力作用而产生的气动力矩M z空气动力作用而产生的气动力矩M z已由第602研究所得出计算结果.但其方向与M j相反,是使桨叶安装角增大的方向,且与M j相比其数值也较小,故为了安全起见,可以不考虑.3)桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩M m设桨叶轴均通过各截面重心,并位于风轮旋转平面内,即M m=0.4)弹性变形引起的力矩M e设桨叶不变形,即M e=0.5)由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩M f支承桨叶轴的轴承是一个回转支承轴承,其空载摩擦阻力矩值为950Nm,其他机构摩擦阻力矩以效率计为0 95.故使桨叶绕桨叶轴转动所需的驱动力矩为M1=(M j max+950)/0 95=12427 96Nm 也就是说,在最恶劣情况下,使桨叶顺桨停机时,需作用于每支桨叶轴上的驱动力矩为M1=12427 96Nm风轮共三支桨叶,故M=M13=37283 87Nm已知驱动桨叶的曲柄长R,曲柄最大角度 =46!,故变距机构拉杆拉力为P=MR cos=82853N=8454 4kg液压站提供给变距机构的力随桨距角的变化而变化[7],其关系如图3所示;在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统所需要的力随桨距角的变化而变化[8],其关系如图4所示.由图3和图4可以看出,在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统工作正常.图3 液压系统压力与桨距角的关系Fig 3 Relationship between hydraulic pressure and pitch angle图4 变距系统需要的力与桨距角的关系(M=37283 87Nm)F ig 4 Relationship betw een necessar y pressure andpitch ang le(M=37283 87Nm)211第2期单光坤,等:大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究3 变桨距机构的负载试验测试目的:在设计外力矩条件下,测试机构能否准确完成顺桨及开桨工作.测试方法:通过测试工装,同时在三个变桨矩轴承内环的桨叶安装孔上加相同的重力,使三个变桨矩轴承内环产生与顺(开)桨力矩相反力矩.设计顺桨力矩:37283 87Nm设计开桨力矩:12428Nm测试工装[9-10]如图5所示,该装置与桨叶轴承内环连接,其上有6个滑轮,开桨时在1、3、5滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为12428Nm;顺桨时在2、4、6滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为37283 87Nm.图5 测试工装F ig 5 T est technological equipment测试结果:1)全行程变桨距试验(开、关桨)动作到位;2)变桨速度试验,动作时间可调、机构运动平稳;3)任意变桨距位置停止准确、位置重复精度和任意位置飘移量满足设计要求.4 结 论从理论上通过数值计算方法精炼设计了兆瓦风力发电机组变桨距机构的技术参数;通过地面试验验证了1MW 兆瓦风力发电机组变桨距机构合理,各部件参数选择正确,可以实现变桨距机构设计的预期目标,为1MW 风力发电机组的安全运行提供了保障.此风机已于2005年7月完成安装和现场调试,变桨距机构工作正常.参考文献:[1]武鑫,赵斌.并网型风电机组的调节控制[J].太阳能学报,2003(4):24-25.(WU Xin,ZHA O Bin.M odulation and control grid connected w ind turbine [J].Solar Energy ,2003(4):24-25.)[2]李强,姚兴佳,陈雷.兆瓦级风电机组变桨距机构分析[J].沈阳工业大学学报,2004(2):146-148.(L I Q iang ,Y AO Xing Jia,CHEN L ei.Pitch mecha nism analysis o f megawatt stage w ind turbine [J ].Journal of Shenyang U niversit y of T echnolog y,2004(2):146-148.)[3]Xing Z X,Chen L.T he compariso n of sever al variablespeed wind generation set construction [A ].T he Sec o nd China I nternat ional Renew able Energy Conference [C].Beijing,2005:361-369.[4]姚兴佳,单光坤.1M W 变速恒频风力电机组结构特点[J].风电新能源,2004(1):25-26.(YAO Xing jia,SHA N Guang kun.T he characteristic of 1M W variable speed and constant frequency w ind turbine [J].Wind Electricit y N ew Energy,2004(1):25-26.)[5]秦立学.兆瓦级风力发电机变桨距机构研究[D ].沈阳:沈阳工业大学,2006.(Q IN L i xue.Research on meg aw att w ind turbine pitch regulated system [D].Shenyang:Shenyang U ni versity of T echnology ,2006.)[6]Yao X J,Liu G D ,San G K ,et al.One mega watt variable speed and constant frequency w ind turbine [A ].4th World W ind Ener gy Conference &Renewable En erg y Ex hibition [C ].M elbour ne,A ustralia,2005:214-219.[7]王栋梁,李洪人,李春萍.非对称阀控制非对称缸系统的静态及动态特性分析[J].机床与液压,2003(1):198-200.(WAN G Dong liang ,L I Hong ren,LI Chun ping.Asymmetrical valve asymmetrical cylinder load flow load pressure stat ic and dynamic property [J].M achine T ool &Hydraulics,2003(1):198-200.)[8]Yao X J,Shan G K,Sun C Z.Character i stic analysis ofhydraulic system o n wind turbine [A].T he Great Wall World Renewable Energ y Forum and Exihibition 2006[C].Beijing,2006:110-113.[9]Shan G K ,Y ao X J.Study on variable pitch regulatedmechanism of 1megawatt w ind turbine [A].4th World Wind Energ y Conference &Renewable Energy Exhi bition [C].M elbour ne,Australia,2005:413-419.[10]Yao X J,Shan G K,Su D H.Study on variable pitch system characteristics of big wind turbine [A ].Inter national Technol ogy and Innovation Conference Advanced Manu facturing Technolog i es [C].Hangzhou,2006:647-651.(责任编辑:吉海涛 英文审校:杨俊友)212 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷。
大型风电机组变速变桨距协调控制技术研究
大型风电机组变速变桨距协调控制技术研究徐浩;夏安俊;胡书举;赵斌【摘要】随着风电机组单机容量增大,人们对于机组运行稳定性的关注也越来越高.变速变桨距协调控制技术被认为是变速恒频风力发电系统理想的控制方案.在欠负荷运行区域,为应对极端风况,引入变桨加速度控制器;在满负荷运行区域,引入了基于转矩和功率的混合控制算法,保证了机组的转速和功率的平滑性.利用风力发电仿真软件——GH Bladed对控制算法进行了仿真验证.将控制策略应用在某风力发电场的双馈风力发电机组上,控制效果良好.%With the increasing capacity of the wind turbines, more and more attention is focused on how to improve the operating stability. Coordinated control between torque control and pitch control is proved to be an effective strategy on variable speed constant frequency (VSCF) wind power system. In partial load area, an extra pitch controller which control accelerate speed was introduced to respond extreme wind speed I in full load area, a mixed approach was adopted to maintain the nominal power production and rated rotor speed. Simulations were conducted in the professional software GH Bladed based on the proposed control strategies. Finally. The field experiments were carried out in wind plant of doubly-fed wind turbine. The stability and validity of control strategies are proved completely.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)006【总页数】5页(P32-36)【关键词】变速变桨距;协调控制;变速恒频;稳定性【作者】徐浩;夏安俊;胡书举;赵斌【作者单位】中国科学院风能利用重点实验室,北京100190;中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院风能利用重点实验室,北京100190;中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院风能利用重点实验室,北京100190;中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院风能利用重点实验室,北京100190;中国科学院电工研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TM6141 引言变速变桨距风力发电机组是风力发电技术发展的主流方向，能够确保风电机组在风速较小时通过调节发电机转速，可以使转速跟随风速，提高风能利用效率，实现最大风能捕获；在风速较大时，通过调节叶片桨距角限制风力机的能量输入，从而控制发电机输出功率平稳，提高风力机组启动性能与制动性能，减小桨叶受力不平衡，抑制塔架振动，降低机组结构载荷，提高机组的柔性度等。
风力发电机组变桨距技术实用新型专利保护
风力发电机组变桨距技术实用新型专利保护风能作为一种永续可再生的能源形式，其开发和利用在近年来得到了广泛推广和应用。
作为风力发电机组的核心部件，变桨距技术对风能的转化效率和发电效果具有重要影响。
为了保护和推动这一关键技术的创新和应用，专利保护成为一项十分重要的工作。
本文将对风力发电机组变桨距技术实用新型专利保护进行论述和讨论。
一、风力发电机组变桨距技术的意义风力发电机组中的变桨距技术是指通过对叶片桨距进行调整来实现风能转化的最佳效果。
它不仅可以提高风能的利用效率，还可以提高风力发电机组的安全性能。
具体来说，变桨距技术可以根据风速和风向的变化，调整叶片的角度，使其始终保持在最佳工作状态，从而最大程度地捕捉和利用风能。
同时，通过变桨距技术可以降低叶片与风的阻力，减少机组的振动和噪音，提高机组的稳定性和可靠性。
二、风力发电机组变桨距技术的创新在风力发电领域中，变桨距技术的创新一直是各企业和科研机构关注的焦点。
通过引入新材料、新结构和新控制系统等手段，不断提高变桨距技术的效率和可靠性。
例如，采用碳纤维材料制造叶片，可以实现更轻量化和更高强度的要求；采用智能控制系统，可以实现对叶片桨距的精确控制和根据实时气象数据的调整。
这些创新能够大大提高风力发电机组的性能和运行效果。
三、风力发电机组变桨距技术实用新型专利保护的必要性由于风力发电机组变桨距技术的创新属于技术发明，因此对其进行专利保护十分必要。
专利保护既可以保护创新者的合法权益，又可以推动技术的进步和产业的发展。
通过申请实用新型专利，创新者可以获得一定的专有权，防止他人侵犯其创新成果。
同时，实用新型专利保护的范围更广，并且审查周期较短，能够更快地获得专利权。
因此，在风力发电机组变桨距技术的实际创新中，申请实用新型专利成为了最佳的选择。
四、风力发电机组变桨距技术实用新型专利保护的申请要点在申请风力发电机组变桨距技术实用新型专利时，需要注意以下几个要点：1. 确定新颖性和创造性：申请实用新型专利需要证明该技术与现有技术相比具有明显的新颖性和创造性。
大型风力发电机组变桨距控制系统探究
大型风力发电机组变桨距控制系统探究发表时间：2017-10-23T17:09:49.417Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：宋德喜[导读] 摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。
（龙源陕西风力发电有限公司陕西西安 710065）摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。
本文针对大型风力发电机组变桨距控制系统进行了简单的探究，以提出对风力发电技术有用的建议。
关键词：风力发电机组；变桨距控制系统；探究风力发电作为一种具有良好经济效益和社会效益的新能源，越来越受到各国的重视。
变桨距控制技术成为了当前风力发电技术的发展趋势和方向。
而变桨距控制系统作为大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组稳定、安全、高效的运行具有重要的作用，稳定的变桨距控制已成为了大型风力发电机组控制技术的研究热点和难点之一。
本文主要讨论大型风力发电机组变桨距控制系统的详细情况，为我国风力发电机组变桨距控制系统的国产化研究提供一些设计思路和理论方法。
一、变桨距机构和变桨距控制策略（一）变桨距机构变桨距机构是通过改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使叶片剖面的攻角发生变化来迎合风速变化，从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善，变桨距机构的特点是：叶片的桨距角可以随时进行自动调节。
风力发电机起动时，可以通过改变桨距角来获得足够的起动转矩；风速过高时，叶片可以沿纵轴方向旋转，改变气流对叶片的攻角，从而改变获得的空气动力转矩，控制吸收的风能，以保持一定的输出功率，同时减少风力对整个机组的冲击。
在并网过程中，变桨距控制还可以实现快速无冲击并网。
兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统研究的开题报告
兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统研究的开题报告一、研究背景与意义随着全球能源需求的不断增长，清洁能源已成为世界各国的共同选择。
其中，风能作为一种清洁、可再生、且无排放的能源形式，其发电量不受地域限制，成为了重要的替代能源。
目前，兆瓦级风力发电机组已经成为风电产业的主流，而其中液压变桨距系统，作为风力发电机组中重要的控制系统，其稳定性和可靠性直接影响着发电机组的正常运行。
然而，随着技术的不断升级和市场的竞争加剧，风力发电机组液压变桨距系统的要求越来越严格。
其中，液压变桨距系统的响应速度、精度、可靠性等方面都有了更高的要求。
因此，研究兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统，提高其控制精度和效率，对提升我国风电产业的核心竞争能力具有重要的意义。
二、研究内容和技术路线本研究旨在通过对兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统进行深入的研究，提高其控制精度和效率。
具体研究内容包括：1. 分析兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统的工作原理和控制策略，建立数学模型。
2. 设计液压变桨距系统的控制电路，选择合适的控制器和传感器。
3. 开发液压变桨距系统的控制软件，并进行仿真验证。
4. 搭建试验台架，进行实验研究。
验证液压变桨距系统的控制效果，并对系统控制策略进行优化。
技术路线如下：1. 对液压变桨距系统进行建模，分析系统的工作原理和控制策略，设计控制方案。
2. 根据设计方案，选取合适的控制器和传感器，设计控制电路。
3. 开发液压变桨距系统的控制软件，并进行仿真验证。
4. 搭建试验台架，进行实验研究，验证系统的控制效果，并进行优化。
三、预期研究成果和创新点本研究的预期成果包括：1. 充分了解兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统的工作原理和控制策略。
2. 设计灵活、可靠的液压变桨距系统的控制电路。
3. 开发具有高效性和稳定性的液压变桨距系统的控制软件。
4. 通过实验验证，进一步优化液压变桨距系统的性能和控制效果。
本研究的创新点在于：1. 综合考虑了液压系统的动力学和控制策略，设计高性能的液压变桨距系统。
大型风力发电机组变桨距控制技术研究
大型风力发电机组变桨距控制技术研究作者：程申高桂革曾宪文来源：《科技与创新》2016年第22期摘要：由于风速的随机性、时变性和风力发电系统的非线性等特点，根据对风速特性、桨叶空气动力学理论的分析，提出了基于前馈补偿的独立变桨距控制策略，分别采用方位角和加速度权系数分配对各个桨叶单独进行控制，然后根据前馈补偿理论分别对2种控制方法进行补偿。
通过建模仿真和比较2种方法，结果表明：2种控制策略都能在稳定输出功率的同时降低桨叶的拍打振荡和不平衡载荷，减轻风机的疲劳载荷。
前者简单易行、成本低，具有很好的工程应用价值；后者对风速应对能力更强，响应速度更快。
关键词：独立变桨距控制；前馈补偿；方位角权系数；加速度权系数中图分类号：TM315 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.22.014随着风电机组单机容量的不断增大，变桨距控制技术已成为风力发电的一项关键技术。
变桨距控制通常又分为统一变桨距控制和独立变桨距控制2种方法。
独立变桨距根据桨叶所受风速或受力的不同来调节每个桨叶的桨距角，不仅能够稳定风机的输出功率，还能够降低桨叶的拍打振荡，改善风轮载荷不均匀情况，降低机组的疲劳应力，延长风机的寿命。
本文分析了风速特性、空气动力学理论，提出了基于前馈补偿理论的独立变桨距控制方法，通过仿真分析，结果表明：使用此独立变桨控制策略不但能够使风机的输出功率稳定在额定功率附近，而且能够降低机组载荷，减小桨叶振荡。
1 独立变桨距控制基本原理1.1 风速特性风切变效应是指当风速稳定时，随着高度的增加风速会不断增大。
风切变效应公式为：此外，桨叶的轴向气动力是桨叶产生拍打振荡的主要原因。
2 基于前馈补偿的独立变桨距控制策略基于桨叶方位角信号和基于桨叶加速度信号是2种基础的独立变桨距控制方法。
2.1 基于方位角权系数分配的控制策略基于方位角权系数分配的独立变桨距控制策略是通过方位角传感器来测量信号的控制方法。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注和重视。
其中，变桨距技术是实现风力发电机组稳定、高效运行的关键技术之一。
本文将针对风力发电变桨距自抗扰控制技术进行研究，并探讨其参数整定方法，为风力发电技术的进一步发展提供理论支持。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是通过调整风力发电机组桨叶的安装角度，改变风能转化为机械能的比例，从而实现机组输出功率的稳定和高效运行。
自抗扰控制技术则是一种能够抵抗外界干扰，提高系统稳定性的控制策略。
因此，将自抗扰控制技术应用于风力发电变桨距系统中，对于提高机组的运行性能和可靠性具有重要意义。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的控制策略，其核心思想是通过引入扩张状态观测器（ESO）和状态误差反馈（SEF）等方法，对系统中的扰动进行实时观测和补偿，从而实现对系统的精确控制。
在风力发电变桨距系统中，自抗扰控制技术可以通过实时观测风速、风向等外界因素对机组的影响，调整桨叶的安装角度，使机组输出功率稳定在设定值附近。
四、参数整定方法研究参数整定是自抗扰控制技术中的重要环节，它决定了系统控制器的性能和稳定性。
针对风力发电变桨距自抗扰控制系统，本文提出了一种基于遗传算法的参数整定方法。
该方法通过遗传算法的优化过程，对自抗扰控制器的参数进行寻优，从而得到最优的控制器参数组合。
这种方法可以有效地提高系统的稳定性和响应速度，同时降低系统的超调量。
五、实验验证与分析为了验证本文提出的自抗扰控制技术及其参数整定方法的可行性和有效性，我们进行了大量的实验验证和分析。
实验结果表明，采用自抗扰控制技术的风力发电机组在变桨距系统中表现出良好的稳定性和响应速度。
同时，采用基于遗传算法的参数整定方法能够有效地优化控制器的参数组合，进一步提高系统的性能。
与传统的PID控制方法相比，自抗扰控制技术及其参数整定方法在风力发电变桨距系统中具有明显的优势。
风力发电机组变桨距控制策略研究
风力发电机组变桨距控制策略研究[摘要]在对风力发电机组运行特性分析的基础上，针对发电机组桨距的控制问题，利用模糊理论和PID理论设计了智能变桨距控制器，并建立了相应的仿真模型，仿真结果验证了控制器可以在风力发电机组数学模型未知的情况下，保证了系统的可靠运行，获取最大能量。
【关键词】风力发电机组；变桨距控制；智能控制；模糊控制1、引言变桨距系统作为大型风电机组的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行起到十分重要的作用。
[1-4]本文针对风力发电机组桨距角的智能控制问题，将传统PID算法与模糊算法相结合，设计了一种智能控制器，以实现风力发电机组变桨距的精确控制。
2、变桨系统控制原理本系统采用变速变桨距调节的控制方式，通过频率转换器耦合发电机与电网，允许通过控制发电机的反作用力矩来改变转速，在高风速时，转矩被保持在额定水平，变桨距控制用于调节转速及功率，3、控制器及仿真模型建立针对本系统，将模糊控制与PID控制算法相结合设计了一种通过模糊规则切换两种控制规律的无触点的切换方式，优化了控制器的设计，弥补了常规算法的不足，采用这种方法的Fuzzy-PID分段复合控制器和仿真模型4、仿真分析仿真系统的发电机参数为额定功率P=2500kW，额定转速n=1400r/min，额定电压U=690V，风轮直径D=90m，传动系统增速比Kgear=59.483，空气密度ρ=1.225kg/m3，额定风速v=13m/s。
，控制器的控制效果优越，使得风力发电机的输出功率更恒定，可以考虑将其应用于风力发电机的实际变桨距控制过程中。
5、结论本文针对兆瓦级风力发电机组变桨距精确控制的问题，研究了基于模糊切换的模糊PID分段复合控制算法，对控制器进行了设计，通过对仿真结果的分析，为变桨系统控制策略的制定提供了重要的理论依据和参考价值。
参考文献[1]孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京：清华大学出版社.1992.[2]刘峰，王辉，许铮等.模糊控制器在最优风能捕捉系统中的应用[J].微计算机信息，2008，8-1：18-19.[3]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.[4]Han-Xiong Li，H.G.Gatland.Conventional fuzzy control and its enhancement[J].IEEE Transactions on Systems，Man，and Cyber-netics-part B，1996，26-5：791-796.[5]Kevin M. Passino，Stephen Yurkovich. Fuzzy Control[M]，Beijing，Tsinghua University Press，2001.[6]C.I. Siettos，G. V. Bafas. Semiglobal stabilization of nonlinear systems using fuzzy control and singular perturbation methods [J].Fuzzy Sets and Systems，2004，129：275-294.。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着可再生能源的持续发展和全球环保意识的增强，风力发电已成为当前最受关注的清洁能源之一。
风力发电系统中的变桨距控制技术，对于提高风电机组的运行效率和稳定性，具有至关重要的作用。
本文将深入探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行详细分析。
二、风力发电变桨距控制技术概述风力发电的变桨距控制技术是通过调整风电机组叶片的桨距角，以实现对风能的捕获和输出功率的控制。
这种控制方式能够在风速变化时，保持发电机组的稳定运行，同时避免过载和机械应力对机组造成的损害。
自抗扰控制技术是一种先进的控制策略，其核心思想是通过对系统内外扰动的实时观测和补偿，实现系统的稳定控制。
三、自抗扰控制技术在变桨距系统中的应用自抗扰控制技术在风力发电变桨距系统中的应用，可以有效提高系统的抗干扰能力和动态响应性能。
通过实时观测和补偿系统内外扰动，自抗扰控制技术能够使变桨距系统在风速变化、负载扰动等情况下，保持稳定的运行状态。
此外，自抗扰控制技术还能有效抑制系统过载和机械应力，延长风电机组的使用寿命。
四、参数整定在自抗扰控制技术中的应用参数整定是自抗扰控制技术中至关重要的环节。
通过对系统参数的合理整定，可以使自抗扰控制器更好地适应风力发电变桨距系统的运行环境。
参数整定的主要目标是找到一组最优的控制器参数，使系统在各种运行条件下都能保持良好的动态性能和稳定性。
这通常需要通过对系统进行大量的实验和仿真，分析不同参数对系统性能的影响，从而找到最优的参数组合。
五、风力发电变桨距自抗扰控制技术的参数整定方法针对风力发电变桨距自抗扰控制技术的参数整定，可以采用以下几种方法：1. 试验法：通过在真实的风场环境下进行试验，观察系统在不同参数下的运行状态和性能指标，从而找到最优的参数组合。
这种方法虽然直观有效，但需要耗费大量的时间和资源。
2. 仿真法：利用仿真软件对风力发电变桨距系统进行建模和仿真，通过改变控制器参数，观察系统性能的变化，从而找到最优的参数组合。
大型风力发电机组变桨控制及载荷仿真探究
大型风力发电机组变桨控制及载荷仿真探究张广兴摘要近年来，我国电力能源相关产业发展蓬勃，风力发电是其中突出的技术之一，本文针对大型风力发电机组变桨控制技术进行研究分析，分析了控制机组和荷载仿真变化情况，现研究SolidWorks和Adams仿真系统中建立的变桨系统机械模型，探讨风力驱动下，变桨驱动和软件系统的交互仿真变化，希望能够为对应的单位研究风力发电机组变桨控制、荷载仿真提供参考借鉴。
关键词大型风力发电机组；变桨控制；载荷仿真探究中图分类号:D631.1;TP391.41文献标识码:ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.26.48张广兴明阳智慧能源集团股份公司遥作为一种低成本、可再生、无污染的能源，风能在短时间内世界范围中获得了飞速的发展和进步。
风能的发展潜力巨大，且随着风力发电技术的进步，其发电机组的运用范围也在不断扩展。
目前，该技术广泛运用于大型风力发电机组中。
本文分析了大型风力发电机组的国内运行现状，分析大型风力发电机组变桨控制系统特点，以仿真荷载角度进行研究分析，希望能够为优化机械系统建设有所参考借鉴。
1大型风力发电机组变桨系统结构特点作为当代常见的能源转换装置，风力发电机组是风能转换为电能的重要装置。
目前，风力发电机组主要由发电机组、变桨系统以及控制系统、风轮等几个部分构成。
其中变桨系统是风力机组控制变桨距离，保证其能源转换的重要装置。
其主要有以下几个特点。
首先，当风速但低于额定风速时候，发电机组处于在稳定的功率环境中，且风速若随之增加，高于额定风速时候，整个发电机机组的输出功率也会增加。
若输出功率超过了额定功率，整个机组的电气转速和输出功率都会发生变化；可见，随着风速的变化，变桨系统的装置内部能源吸收和转换效率都会发生明显的改变。
对应的技术人员可通过观察变桨系统风速的变化，不断提升和优化机组的运行效率，以此来调整，优化其发电量。
2在SlolidWorks仿真模拟变桨系统轮毂是安装变桨系统的关键位置，通过固定变桨的位置，可以调节整个控制油缸；执行下，桨叶和变桨轴承都有较大变化，且这些零件依次连接后，通过法兰与主轴连接进而进行风力发电机组的变桨机构仿真研究。
大型风电机组模糊控制
大型风电机组模糊控制引言风能作为一种清洁能源已被广泛利用，风力发电产业也得到了快速的发展。
液压变桨距控制系统是大型风电机组设计的核心技术，对液压系统进行动态特性分析已经成为风电机组设计中非常必要的重要手段和必经程序，而传递函数法是液压系统建模仿真的一种有效的方式。
本文在工程中常用的PID 控制的基础上，通过研究将模糊控制与PID 结合的方法，实现了无须确定被控对象精确模型，只须将操作人员实践积累的经验知识用语言规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，实时改变控制策略，便可对PID 参数实现最佳调整，从而达到桨距控制的目的[1] 。
1液压系统设计大型风电机组液压变桨距系统本质上是一个阀控缸系统，其液压系统原理如图1 所示。
液压泵提供液压变桨距系统动力，调节方向阀就能实现变距控制系统的节距控制。
根据功率送达控制器的电信号，控制比例阀输出流量的方向和大小，液压缸根据电液比例阀输出的方向和流量来操纵活塞的方向和速度，从而液压缸的位移由电液比例方向阀完全控制。
活塞向左移动，叶片节距向减小方向移动；当电液比例阀通电到右位时，压力油进入油缸后端，活塞向右移动，相应的叶片节距向增大方向移动。
图一变桨距液压系统原理图2变桨距系统传递函数液压变桨距控制系统对桨距角B的控制是通过比例阀来实现的。
为了提高整个变桨距系统的动态性能，在油缸内也装有位移传感器。
变桨距液压系统数学模型需要比例电磁铁的传递函数、阀的开口方程、阀口的流量方程、液压缸的流量连续性方程、液压缸的力平衡方程和曲柄连杆机构位移方程[2] 。
比例电磁铁传递函数和先导级力平衡方程式中，i ―比例电磁铁输入电流；Ki ―比例电磁铁力电流放大系数；Ksf —比例方向先导阀反馈检测弹簧刚度；Kb-电流位移放大系数；Xv—比例方向阀阀芯位移。
阀口流量方程（3）式中，Q—电液比例阀流量；Kq —流量放大系数；Kc—流量压力放大系数；Pc—负载压差。
液压缸流量连续性方程（4）式中，A c—液压缸活塞面积；Vc—液压缸总容积；B e—等效容积弹性模数；y—液压缸活塞位移；C1—总泄漏系数。
大型风电机组的动态加权模糊独立变桨距控制
（ 5）
式中，k 为实现基本功能部分， 它保证系统的稳 定和基本目标的实 现； B i 为 权 重 调 节 范 围； Δk i 0. 0 ，1. 0 ］ 。 为实际 模 糊 推 理 调 整 部 分， Δk i ∈ ［
图1 基于桨叶方位角权系数风力机组独立桨叶控制框图
速” V i 就在其中心位置，则 Vi = 1 +
2011 年 12 月下·冶金电气·
U =
www. eage. com. cn
ki Ui ∑ i =1
（ i = 1， 2， 3， 4）
（ 4）
39
电气技术
|
Electric Technology
考虑到风力机组的运行特点和实际情况， 把 e、ec 和 K P 、K I 、K D 的论域量化为 7 挡， 即 X = ｛ － 3 ， － 2 ， － 1 ，0 ，1 ，2 ，3 ｝ ， 取 7 个 模 糊 子 集，语言变量取为 ｛ 负大， 负中， 负小， 零， 正 小，正中， 正大 ｝ ， 用 ｛ NB ， NM， NS， ZE ， PS， PM，PB ｝ 表示。由于风力发电系统的误差相对来 说比较大，所以模糊子集均采用较简单的三角形 隶属度函数。 经大量仿真研究所得到的风机 PID 控制器参数的模糊整定表如表 1 ～ 表 3 所示。 表 1 K p 的模糊规则表
电气技术
|
Electric Technology
大型风电机组的动态加权模糊 独立变桨距控制
风力发电系统的数学模型具有高度非线性 、时变、多 变量和强耦合的特点。本文在分析机组特性和变桨距控制 要求的基础上， 将模糊控制与 PID 控制相结合， 提出一 种应用于独立变桨距的模糊 PID 参数自整定控制器设计 方案，并且针对独立变桨距控制系统的稳态功率与减小桨 叶受力两个目标，提出一种基于目标的动态加权模糊控制 方法。通过仿真证明，在风速高于额定风速时，可以根据 风速的变化调整桨叶的桨距角，从而保证在发电机输出功 率稳定的前提下，减小桨叶承受的气动载荷。
大型海上风电机组变桨距PID控制策略研究
大型海上风电机组变桨距PID控制策略研究李永明;宋聚众;尹景勋;王其君;林志明【摘要】文章针对大型海上风机的叶片具有较大惯性的问题,分析了传统变桨距PI 控制器的不足,从而设计出带有超前环节的变桨距PID控制器,其能改善因惯性较大而导致的不良控制效果,并通过典型工况的仿真计算及性能分析,表明PID控制器的整体性能优于PI控制器,不仅具有稳定风轮转速、减轻风机振动的优点,还降低了风机的极限载荷水平,从而在保证安全性的基础上降低了机组成本.【期刊名称】《东方汽轮机》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P48-54)【关键词】变桨距;PID;海上风电机组【作者】李永明;宋聚众;尹景勋;王其君;林志明【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000【正文语种】中文【中图分类】TP273随着新能源在全球的兴起，风力发电技术也在日益进步，从常见的1.5 MW、2 MW陆地风机到5 MW、6MW大型海上风机的研发设计，新的技术难题也相继出现。
其中，变桨距控制的优化设计既是现阶段大型并网风力发电机组研究的一项重点，也是研究的难点[1]。
变速变桨风电机组在低风速时通过调节发电机转矩使风轮按照最佳叶尖速比运行，追踪最佳风能利用系数，高风速时通过变桨限制气动力矩，稳定功率输出[2]。
因此，大型尤其是兆瓦级以上的风力机大都采用了变桨距控制技术。
目前，变桨距控制技术在工程上一般采用PI控制器[3]，但随着机组容量的不断增大，各部件（叶片、塔筒和轮毂等）的质量和所承受的载荷也逐渐增大，因叶片惯性或滞后性而导致载荷较大是其重要原因之一，从而设计出可以补偿滞后性的PID控制器，其相对于PI控制器，一定程度上稳定了风轮转速，降低了风机极限载荷水平。
一种750KW风力发电机组的液压变桨机构
一种750KW风力发电机组的液压变桨机构摘要风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。
我国风能资源储量丰富,发展风能对于改善能源结构、缓解能源短缺具有重大现实意义。
近年来,我国风电产业规模逐步扩大,风电已成为能源发展的重要领域。
主要介绍一种750KW风力发电机组的特点、液压变桨装置的连接形式及液压驱动变桨距机构的工作原理。
关键词风力发电;液压变桨距;桨距角1 总述本750KW风力发电机组为主动失速型风机。
主动失速型(ASR)风机综合了失速和变桨型风机的优点,不但具有变桨风机的变桨能力,而且利用叶片的失速特性消除了变桨型风机功率输出的波动。
液压系统主要是为油缸和制动器提供必要的驱动压力。
液压站由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀等组成。
制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分。
定桨距风轮的叶尖扰流器旋转约90°,或变桨距风轮处于顺桨位置均利用空气阻力使风轮减速或停止,属于空气动力制动。
在主轴或齿轮箱的高速输出轴上设置的盘式制动器,属于机械制动。
通常在运行时要让机组停机,首先采用空气制动,使风轮减速,再采用机械制动使风轮停转。
目前变桨机构有两种:一种是液压变桨距执行机构;另一种是电动变桨距执行机构。
液压变桨控制机构具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、执行机构动态响应速度快等优点,能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。
目前国外著名大公司如丹麦VESTAS的V80-2.0MW风机等都采用液压变桨机构。
电机变桨执行机构是利用电机对桨叶进行控制。
桨叶通过机械连杆机构与液压缸相连接,桨距角的变化同液压缸位移成正比。
当液压缸活塞杆向左移动到最大位置时,桨距角为88°,而活塞杆向右移动最大位置时,桨距角一般为-5°。
液压缸的位移由电液比例阀进行精确控制。
在负载变化不大的情况下,电液比例方向阀的输入电压与液压缸的速度成正比,为进行精确的液压缸位置控制,必须引入液压缸位置检测与反馈控制。
大型风电机组变桨距控制技术的研究
1 引言变速恒频风电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可更有效地利用风能，并通过变速恒频技术得到恒定频率的电能。
变速恒频机组的显著优点获得了市场青睐，已成为市场的主流机型。
但变速恒频风电机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中的风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风电机组可能受到很大的静态和动态冲击。
变桨距就是使叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，从而改变风电机组的气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。
变桨距风电机组与传统的定桨距风电机组相比，具有起动与制动性能好，风能利用系数高，在额定功率点以上输出功率平稳等优点。
所以目前的大型风电机组多采用变桨距形式。
本文主要对大型风电机组的变桨距系统进行了分析，探讨了变桨距系统的气动特性，给出了风电机组变桨距工作过程的理论基础；简要介绍了变桨距风电机组的工作过程；对液压变桨和电动变桨两种变桨方式的特点进行了比较，并对电动变桨的控制方式进行了分析研究。
2 变桨距的气动特性及工作过程风电机组的特性通常由一簇功率系数Cp 的无因次性能曲线来表示，风能利用系数是风电机组叶尖速比λ和节距角β的函数，即Cp=f(λ, β)。
风能利用系数Cp 可近似表示为（1）由式（1）可得到变桨距风电机组的（Cp -β)特性曲大型风电机组变桨距控制技术的研究■国电联合动力技术有限公司—张宪平线如图1所示：从图1中可以得到下面的结论：（1） 对于某固定桨距角β，存在唯一的风能利用系数最大值Cpmax，对应一个最佳叶尖速比λopt ；（2） 对于任意的叶尖速比λ，桨叶节距角β=00下的风能利用系数Cp 相对最大，桨叶节距角增大，风能利用系数Cp 明显减小。
以上两点即为变速恒频变桨距控制的理论依据：在风速低于额定风速时，桨叶节距角β=00，风速变化时，通过变速恒频装置改变发电机转子转速，使风能利用系数恒定在Cpmax，捕获最大风能；在风速高于额定风速时，调节桨叶节距角从而减少发电机输出功率，使输出功率稳定在额定功率。
《2024年风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，越来越受到人们的重视。
在风力发电系统中，变桨距控制技术是提高风电机组性能和可靠性的关键技术之一。
本文将研究风力发电变桨距自抗扰控制技术，探讨其参数整定方法，以提高风电机组的发电效率和稳定性。
二、风力发电变桨距控制技术概述风力发电变桨距控制技术是通过调整风电机组叶片的桨距角，实现对风能的捕获和输出功率的控制。
在风速变化较大的情况下，通过调整桨距角，可以保证风电机组的稳定运行，同时避免过载和机械损伤。
自抗扰控制技术是一种先进的控制方法，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力，适用于风力发电变桨距控制。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术通过引入扩张状态观测器和非线性状态误差反馈，实现对系统状态的实时观测和误差的快速补偿。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术可以根据风速和发电机输出功率的变化，实时调整桨距角，使风电机组保持最优的工作状态。
同时，自抗扰控制技术还可以有效抑制系统中的扰动和噪声，提高系统的稳定性和可靠性。
四、参数整定方法研究参数整定是自抗扰控制技术中的重要环节，直接影响着控制效果和系统性能。
针对风力发电变桨距自抗扰控制系统，本文提出了一种基于遗传算法的参数整定方法。
该方法通过优化控制器的参数，使系统在各种工况下都能保持较好的性能。
具体步骤包括：1. 建立风力发电变桨距自抗扰控制系统的数学模型；2. 设计遗传算法的适应度函数，以反映系统性能的优劣；3. 通过遗传算法对控制器参数进行优化，得到最优的参数组合；4. 将优化后的参数应用到实际系统中，验证其有效性。
五、实验结果与分析为了验证自抗扰控制在风力发电变桨距控制中的有效性及参数整定方法的准确性，本文进行了仿真实验和实际系统实验。
实验结果表明，采用自抗扰控制的变桨距系统在风速变化的情况下能够快速调整桨距角，保持发电机输出功率的稳定。
极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究
极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究戴巨川;刘旋;杨书仪;文泽军;沈祥兵【摘要】以大型风电机组塔架为对象,开展了极端服役环境下的塔架结构参数优化设计研究.采用壁厚分段式线性变化结构对塔架进行描述,介绍了基于BEM理论的风电机组气动载荷分析方法,运用有限元仿真分析塔架结构参数与极限载荷作用下的应力以及结构参数与固有频率的关联特性,采用支持向量机(SVM)方法分别构建了结构参数与应力、固有频率的快速计算模型.以质量最小为目标,强度、固有频率和边界条件为约束对塔架结构参数进行了设计优化,引入遗传算法(GA)进行优化求解.对某2MW风电机组塔架进行实例设计研究,结果表明优化后的塔架质量减小3.5％.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2013(024)016【总页数】7页(P2150-2156)【关键词】风电机组塔架;有限元分析;结构参数优化;支持向量机;遗传算法【作者】戴巨川;刘旋;杨书仪;文泽军;沈祥兵【作者单位】湖南科技大学,湘潭,411201;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南科技大学,湘潭,411201;湘电风能有限公司,湘潭,411000【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言风能是一种可再生的清洁能源，是各国新能源开发和利用的战略选择，近年来对它的开发利用发展迅速。
塔架作为风电机组的支撑结构，其稳定性与可靠性直接影响整个机组的运行安全，塔架成本昂贵，制造成本占整机成本的15%～20%。
因此，近年来越来越多的学者对塔架设计优化进行了研究：Negm等［1］以横截面面积、壁厚和高度为变量，最小塔架质量、最大刚度和最大自然频率为目标进行了塔架优化设计；Horvath等［2］以塔架等应力分布为目标，采用有限元方法（FEM）和计算流体力学（CFD）方法探讨了塔架高度和横截面参数取值范围；Uys等［3］同时考虑材料成本与制造成本，以综合成本最小为目标，获得了塔架壁厚、加强筋数目和直径等的优化值；Clifton－smith等［4］运用有限元法研究了塔架的屈曲稳定性，对屈曲应力计算公式进行了修正；Hassan等［5］以塔架固有频率最大为目标，塔架质量为约束，对塔架的壁厚变化方式进行了优化设计；Yildirim等［6］以塔架质量最小为目标，采用遗传算法进行了优化求解；赵吉文等［7－8］以固有频率最大为目标，采用支持向量机建立了塔架结构参数与固有频率之间的快速计算模型，引入粒子群优化、混沌搜索等方法进行优化求解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要 以大型水平轴式风电机组电动变桨距系统为研究对象, 对其因离心力引起的变桨距 载荷、气动力引起的变桨距载荷、重力引起的变桨距载荷等进行深入研究, 建立了变桨距载荷计 算数学模型. 以某 1.2 MW 风电机组为典型算例, 对前述变桨距载荷进行了独立和综合的计算与 特性分析. 结果表明, 在叶轮转速、来流风速和节距角一定时, 叶轮旋转一周过程中变桨距载荷 波动呈相似余弦曲线变化, 在不同节距角时波动幅值差异较大. 文中提出的风电机组变桨距载荷 计算思路与方法具有一定普适性, 可为独立变桨距系统深入分析和研究提供理论基础.
桨距载荷 dTC. 为了获得 dTC 的数学表达式, 将 dP 在 平面 O2B1BA 内分解为 dK 和 dF 两个分力, 并进一步 将 dK 在与 yOz 平行的平面内分解为与变桨距轴线 z
平行的分力 dV 和与变桨距轴线垂直的分力 dW. dF 与
变桨距轴线 z 的距离为线段 AM 的长度值, dW 与变
设电机输出转矩为 Ta, 传递至内齿圈 z6 上的转 矩为 To, 叶片上产生的变桨距载荷(阻力矩)为 Tl, 各 传递齿轮的齿数分别为 z1, z2, …, z6, 则有(1)和(2)式 成立,
To = jηcTa ,
(1)
式 中 j = (z2 / z1) ⋅ (z4 / z3 ) ⋅ (z6 / z5 ) 为 减 速 比 ; ηc= η21 ⋅ η43 ⋅η65 为机构传递效率.
AB = CB cosϕ ,
(10)
→
G
式中ϕ 为 LB 与轴 X 之间的夹角.
dP
=
ω2
CB cosϕ sinψ
dm
= ω2
r cosγ − LB sinν cosψ
dm,
(11)
dF = dP sinψ ,
(12)
dK = dP cosψ ,
(13)
780
dW = dK sin γ = dP cosψ sin γ
图 1 变桨距系统结构模型
图 2 离心力引起的变桨距载荷计算模型 779
戴巨川等: 大型风电机组变桨距载荷计算与特性分析
与叶素平面交线为 X 轴, 取面 yO1z′ 与叶素平面交线 为 Y 轴, X 轴、Y 轴方向如图 2 所示.
叶素上点 B 受到的离心力 dPB 可表示为
dPB = ω 2r′′dmB ,
中, 多集中于对风电机组变桨距系统控制方法研究, 鲜见对大型风电机组变桨距载荷计算方法与特性的 系统研究与分析报道. 在国际著名的风电机组仿真 软件 GH Bladed 中, 利用转移函数来近似模拟变桨距 执行机构特性, 考虑了空气动力桨叶力矩、轴摩擦等 的影响[5]; Selvam K 等人[6,7]在独立变桨距研究中, 忽 略变桨距执行机构动力学特性, 建立了叶片—塔架 动力学方程; 林勇刚、郭洪澈等人[8~10]进行变桨距系 统结构设计与分析, 采用近似计算公式, 分析了离心 力引起的变桨距载荷. 论文以电动变桨距系统为研 究对象, 对大型风电机组变桨距过程中离心力引起 的变桨距载荷、气动力引起的变桨距载荷、重力引起 的变桨距载荷等进行深入研究, 建立了变桨距载荷 计算模型, 对各种载荷特性进行了独立和综合的计 算与特性分析, 为独立变桨距系统的设计、分析提供 了良好的理论基础和准备.
= ω2 (r cosγ − LB sinν )dm sin γ ,
(14)
AM = EAcosγ .
(15)
(15)式中 EA 又可表示为
EA = EC + CA = EC + CB sinϕ,
(16)
式中 EC = tan γ LC = tan γ CB tanν .
将(16)式代入(15)式, 有
作用在叶片上的升力 dL 和阻力 dD 可写为
dL = ρClV12cdr / 2,
(21)
dD = ρCdV12cdr / 2,
(22)
式中 C1 为升力系数, Cd 为阻力系数, ρ 为空气密度, 单位为 kg/m3, c 为半径 r 处叶片弦长, 单位为 m; dr
为叶素厚度, 单位为 m.
升力 dL 和阻力 dD 的合力用 dR 表示为
G GG
dR = dL + dD,
(23)
dR
=
1 2
ρV12 c
Cl2 + Cd2 dr.
(24)
中国科学: 技术科学 2010 年 第 40 卷 第 7 期
图 3 气动力引起的变桨距载荷计算模型
合力 dR 可以分解为轴向力 dN 和切向力 dQ, 其
表达式为
dN
=
1 2
ρcV12 (Cl
cosφ
+ Cd
sin φ )dr,
(25)
dQ
=
1 2
ρ cV12
(Cl
sin
φ
−
Cd
cos φ )dr.
(26)
在利用(25)和(26)式计算过程中, 需要确定叶素
上速度诱导因子、风速、叶轮转速和来流攻角等信息.
dTC 的正负规定如下, 按右手螺旋法则, 力矩矢 沿 z 轴负方向取正, 反之取负, 可由ϕ 判断, 如下
⎧⎪⎪⎨⎪19080≤0D Dϕ≤≤ϕ<ϕ9<0<1D82, 07dD0T,DC,d→TdCTC"→+→"",−"−",",
(19)
⎪⎩270D ≤ ϕ < 360D , dTC → "+ ".
中国科学: 技术科学 2010 年 第 40 卷 第 7 期
1 独立变桨距传动系统
图 1 所示为一种电动独立变桨距传动系统结构 模型, 当变桨距控制器发出变桨距控制指令后, 驱动 电机输出转矩,经过传动轴和减速机构, 最后经主动 齿轮传递至桨叶轮毂内齿圈上, 从而带动回转支承 的内环与叶片一起旋转, 实现了改变桨叶节距角的 目的, 桨叶节距角的变化值由位置传感器进行反馈.
关键词 变桨距载荷 风电机组 独立变桨距 变桨轴线
在当前大型风电机组设计中, 桨叶节距角同步 调整的统一变桨距技术(策略)已被普遍采用[1,2]. 近 年来, 通过单独控制每支叶片以缩减风电机组叶片 载荷波动的独立变桨距技术(策略)也引起了众多研 究者的关注[3~10]. 然而, 无论是采用统一变桨距策略 还是独立变桨距策略, 每支叶片采用独立的变桨距 驱动机构已成为主要方式之一. 在变桨距过程中, 变 桨距载荷随节距角、旋转位置角的变化不可避免会影 响其平稳性. 在采用统一变桨距策略时, 这种波动甚 至会造成不同叶片间的不同步现象; 对独立变桨距 策略来说, 风电机组变桨距过程更加频繁, 变桨距载 荷的时变性给变桨距过程的平稳性和有效性造成的 影响更为显著, 也增加了变桨距系统动力特性分析 的难度. 因而, 掌握变桨距过程中的载荷特性, 是理 解整个变桨距系统内部耦合机理, 优化变桨距系统 结构、控制策略的基础. 在现有变桨距系统研究文献
中国科学: 技术科学
论文
2010 年 第 40 卷 第 7 期: 778 ~ 785
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
大型风电机组变桨距载荷计算与特性分析
戴巨川①②*, 胡燕平①, 刘德顺①②, 龙辛③
① 湖南科技大学机电工程学院, 湘潭 411201; ② 中南大学机电工程学院, 长沙 410083; ③ 湘电风能有限公司, 湘潭 411000 * E-mail: daijuchuan@
Tl =TC +TZ +TG .
(3)
2 变桨距载荷计算模型
2.1 离心力引起的变桨距载荷计算模型
取叶片上一段长度为 dr, 与叶片变桨距轴线 z 垂 直的叶素为研究对象, 建立离心力引起的变桨距载 荷计算模型如图 2 所示. 图中点 B 位于叶素的质心处, 轴 y 为风电机组叶轮转轴, 叶片以角速度ω 绕其旋转. 面 xOz′′ 与叶轮转轴 y 垂直, 点 O 为变桨距轴线 z 与 y 轴的交点; 面 x′O1z′ 与叶轮转轴 y 垂直, 交于O1点,且 变桨距轴线 z 与当前截取叶素的交点 L 在轴 z′ 上; 面 B1O2 A 与叶轮转轴 y 垂直,与轴 y 交于点 O2; 叶素上 点 B 在 B1O2 A 面 内 , 其 在 面 xOy 内 的 投 影 为 点 B1 . 面 x′′Cy′ 过叶素上点 B 与轴 z′ 垂直, 与轴 z′ 交于点 C, 与变桨距轴线 z 交于点 E , 过点 B 作 y′ 轴的垂线, 垂 足为 A, 过点 A 作变桨距轴线 z 的垂线, 垂足为M. 图 中 xyz′′ 是一直角坐标系, 在该坐标系 yOz′′ 面内, 变 桨距轴线 z 与轴 z′′ 的夹角γ 即是风电机组叶片锥角. 图中 r 为当前叶素到叶根距离, r′′ 为叶素上点 B 到转 轴 y 的距离, r′ 为 r′′ 在面 yO1z′ 上的投影, ψ 为 r′ 与 r′′ 在空间的夹角, ϕ 为 BC 与轴 x′′ 的夹角, BC 与 BL 的 夹角为ν. 根据图中几何关系, BL 与轴 X 的夹角也用 ϕ 表示, z与 z′ 的夹角, AM与 AE 的夹角均用γ 表示. 坐标系 XYz 的 X 轴和 Y 轴在叶素面内, 且取面 x′O1z′
引用格式: Dai J C, Hu Y P, Liu D S, et al. Calculation and characteristics analysis of blade pitch loads for large scale wind turbines. Sci China Tech Sci, 2010, 53: 1356−1363, doi: 10.1007/s11431-010-0058-8