基于柔性叶片模型的独立变桨减载控制.pdf

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1、第40卷第l6期电力系统保护与控制V_o1．40NO．162012年8月16日PowerSystemProtectionandControlAug．16，2012基于柔性叶片模型的独立变桨减载控制王大为，陶学军，卢晓光(1．许继集团有限公司，河南许昌461000；2．许继电气股份有限公司，河南许昌461000)摘要：为减小大型风机叶片疲劳载荷，针对某1．5Mw变速变桨风力发电机组模型进行研究利用WRTS一800和PRDS一600仿真实验平台进行仿真，分析了叶片周期性及时变性载荷源的特性。建立了用于仿真叶片振

2、动情况的柔性叶片模型，得到了基于减小叶片疲劳载荷的、在时间域和空间域实时优化控制的独立桨叶控制策略。仿真结果表明，该控制策略与传统集中变桨控制策略相比，可减小叶根面外等效疲劳载荷4．2％以上。关键词：柔性叶片；独立变桨；疲劳载荷；仿真LoadsheddingcontrolforindependentpitchbasedonflexibleblademodelWANGDa-wei，TAOXue-jurl2，LUXiao．guang2(1．XJGroupCorporation，Xuchang461000，Chi

3、na；2．XJElectricCO．，LTD，Xuchang461000，China)Abstract：A1．5MWvariablespeedvariablepitchwindturbineiSstudiedtoreducethefatigueload．WRTS。800andPRDS一600simulationplatformdevelopedbyXJCorporationateusedtoanalyzetheperiodicandtime—varyingloads．Flexibleblademodelwh

4、ichisusedforsimulationofbladevibrationisalsoestablished．Basedontimedomainandspacedomainreal-timeoptimalcontrol，theindependentpitchcontrolstrategyisproposedbyreducingthebladefatigueloads．Comparedwiththetraditionalpitchcontrolstrategy．theproposedstrategycanr

5、educetheequivalentfatigueloadofbladerootsbyatleast4．2％．Keywords：flexibleblade；independentpitch；fatigueload；simulation中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1674-3415(2012)16-0111-05方法之间的结合点。首先分析风剪切及塔影效应造0引言成的风轮受力不均现象，然后建立叶片的柔性振动随着风力发电在电力系统中比重的持续增模型，在此基础上研究独立变桨技术对模型响应的加【lJ

6、，风力机风轮直径也在不断增加，大风轮导致控制效果，提出了新型独立变桨减小载荷的控制方叶片受到的不均匀载荷大增，因而在做控制系统设法，并利用WRTS一8o0和PRDS．600仿真实验平台对计的时候必须考虑叶片的振动。桨叶的振动除了会控制策略进行仿真验证。导致叶片吸收风能的能力变化，还会影响风力机传1引起叶片振动的风速特性分析动机构的机械应力及其疲劳寿命，当叶片振动超出其极限位置时还可能出现叶片断裂等严重后果，因自然界的风在时间和空间上的分布都是不均此研究叶片的振动情况及如何对叶片的振动加以控匀的【钔。影响风速

7、变化的因素很多，本文主要从影制，是大功率机组控制器设计中关键的一环。响叶片不均匀载荷角度出发，选择塔尖高度因素、叶片是吸收风能的动力源，实际叶片是具有自湍流阵风因素、塔影因素进行讨论。身振动特性的柔性体。业界对于叶片的研究，主要1．1风切效应集中于结构动力学模型【2】，刚性叶片受力分析，以风剪切是平均风速随着高度的变化，即风速会及受力控制方面【jJ，但从柔性叶片模型振动出发，随高度的增加而增加。假设地面即为零风速平面，研究控制对叶片响应的干预效果的关注度不足。本则有风切经验公式为文从柔性叶片振动模型出发，考

8、虑风激励引起叶片／、"受力不均的一些特点，分析叶片受力不均对叶片及：f旦1(1)风轮振动的影响，找到结构模型、输入特性与控制V＼、日。．112．电力系统保护与控制式中：v为离地参考高度处的风速；1，H为轮毂其中：／1，(r)为鳓阶模态振型；L(t)为叶尖位移时中心处的风速；为风剪切指数。变量。式(4)代入式(3)得1．2塔影效应由于塔架对气流的阻塞，来流风速度在塔架的∑{m(r)／lj(r)fj(t)+6(r)l