基于Spar平台浮式海上风力机独立变桨距控制研究

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1、第38卷第3期四川电力技术Vo1．38。No．32015年6月SichuanElectricPowerTechnologyJun．．2015Jonkman与Matha_8’l。。采用可变增益的比例积分控用的桅杆式(Spar—Buoy)平台模型是为人们所熟知制器针对这3种平台进行了大量的分析，结果表明的“OC3一Hywind”桅杆式，它是基于Hywind桅杆式驳船式平台需要的塔架最高，风机叶片承受载荷最模型。表1列出了OC3一Hywind桅杆式模型性能大，并且其支撑风力机的平台运动最大，桅杆式参数。(Spa

2、r—Buoy)平台的载荷比驳船式平台的小，并且表1桅杆式平台主要参数其平台运动相对稳定，而拉力腿式(TLP)平台是最名称参数好的。锥形圆台上直径／m6．5Nielsen_l等人提出了一种主动控制策略来避免锥形圆台下直径／m9．4平台结构性共振。为了避免风机变桨距运动产生谐干j弦／m10振运动并提高风机疲劳寿命，尼尔森等人又提出一吃水深度／m120个基于估计器的控制器。实验结果表明该控制器虽布锚深度／m3加能提高塔架和叶片的疲劳寿命，但却减少了风力机平台质量／kg7466330的出力。Larsen和Hans

3、en【1采用与文献[1，11]中相同这里采用单台5MW风力发电机，该风机是一的桅杆式平台，由于浮动结构过低固有频率引起的个上风式风力机，其主要参数见表2。平台俯仰运动的负阻尼效应，因此采用了PI转矩控表2NREL5一MW风力机主要参数制器和可变增益比例积分(GSPI)桨距角控制器限名称参数制变桨距的使用提高平台阻尼。该控制器提高了阻额定功~3g／MW5尼但却加剧了转速与功率变化，即使在使用了恒转转子转动方向上风向、顺时针矩算法之后。控制方式变速、变桨、主动偏航文献[12]对采用基于线性状态反馈与扰动调风轮

4、、毂直径／m126，3节(DAC)的多目标控制器的驳船式、拉力腿式平台轮毂高度／m90进行了分析研究。多目标控制器利用独立变桨距建额定转速、发电机转速／(r·min)12．1，1173．7立必要的转子对称和不对称气动恢复力。该控制器最大变桨距速度／(deg·s)8也称之为基本控制器，相对于GSPI控制器，这种组变桨操作方式俯仰到顺桨合显然提高了风力机性能。发电机额定转矩／Nm43，093这里采用文献[12]中的多目标控制器，提出了发电机最大转矩／Nm47，402基于Spar平台浮式海上风力机独立变桨距控制

5、(IBP)的线性多目标状态反馈控制器模型。同时为了能够较好验证该模型的有效性，对基于基本控制2仿真条件器、扰动干扰控制器以及状态反馈控制器的3种独立变桨距控制进行对比。根据IEC一61400—3标准采用FAST仿真代码仿真浮动式风力机的响的设计载荷工况1．2对Spar平台疲劳载荷在正常应，并采用MATLAB中动态仿真模块Simulink设计运行条件下进行了测试。仿真结果表明：相对于基控制策略，最后与FAST软件配合实现整个过程的于可变增益比例积分控制器的统一变桨距控制，基仿真。于多目标状态反馈控制器的独立

6、变桨距控制能将塔2．1仿真条件架前后及侧向弯曲疲劳载荷平均减少9％。仿真的实现参照IEC61400—3标准中DLC(设计载荷工况)1．2，即疲劳载荷在正常运行条件下，1建立桅杆式(Spar—Buoy)平台模型并在表3中给出了仿真条件。由于迄今为止还没有统一的浮动式风力机标准，因此下面将采用DLC1．2桅杆式(Spar—Buoy)平台采用深吃水的压载物标准实现仿真。来维持其静力稳度，悬链系泊绳索来定位。这里采由于研究的是超过额定风速的区域，因此DLC·2·第38卷第3期四川I电力技术Vo1．38．No．32

7、015年6月SiehuanElectricPowerTechnologyJun．。2015图5相对于桅杆式平台的基本控制器对桅杆式平台设计载荷工况进行平均归一化的结果表6桅杆式平台控制器随平均风速增加时的性能趋势杆式平台的2种控制器的某些性能指标来说，它们理，随着风速的增大转速误差随之改善，功率误差也表现出了随风速增大渐增的趋势。由此表明驱动器理应如此变化。但是，由于2种控制器都采用了相的受限影响了这些控制目标。这种限制可能是由于对宽松的转速控制，并通过增加发电机转矩来补偿，独立变桨距的有效性受限引起的；

8、从增大增益的角因此达到了各自最大饱和度限制。随着风速增大转度看。现存驱动器饱和也限制了控制器的设计。速波动也随之加剧。这样反而增大了发电机转矩饱状态控制器(图6(a))与扰动调节控制器(图6和的周期，进而导致了功率调节比在低风速时更加(b))的抛物线型功率误差趋势也许看起来不合常差强人意。表5中并未把塔架侧向弯曲疲劳损害等效载荷包括在扰动调节控制器趋势中，因为它并不属于4种趋势类型中的任何一种。如图7所示，平台的滚转运动引起了