風電機組載荷建模及其優(yōu)化控制方法研究.pdf

1、隨著風電機組的單機容量不斷增大，機組機械部件的柔性不斷增大，系統(tǒng)的固有頻率逐漸降低。因此，在高風速下持續(xù)運行的機組，會承受較大的疲勞載荷，使得槳葉和塔架等出現(xiàn)嚴重的疲勞損害，縮短機組的使用壽命，增加發(fā)電的成本。因此，為減小大型風電機組在高風速運行過程中受到的疲勞載荷，優(yōu)化并控制機組槳葉的持續(xù)振動并保證平穩(wěn)的功率輸出，本文具體的研究內(nèi)容如下：
　　首先，考慮大型風電機組在實際運行過程中受到的葉尖損失、輪轂損失以及湍流-尾流效應(yīng)等對機

2、組造成的影響，對傳統(tǒng)的葉素-動量理論進行了修正，建立了風能利用系數(shù)與揮舞力矩系數(shù)的數(shù)學模型。進一步，結(jié)合 MW級風電機組參數(shù)數(shù)據(jù)，采用非線性擬合方法，建立了適用于 MW級風電機組的風能利用系數(shù)和揮舞力矩系數(shù)綜合經(jīng)驗公式。
　　其次，根據(jù)建立的綜合經(jīng)驗公式，推導獲得了槳葉揮舞載荷的數(shù)學模型。進而，以MW級風電機組為研究對象，進行了風電機組槳葉的氣動性能分析，得到了大型風電機組出現(xiàn)疲勞損害的最可能位置。并且對揮舞載荷進行了特性分析，得

3、到了揮舞載荷與風速和槳距角的特性曲線。
　　然后，為減少大型風電機組由于揮舞載荷所致的疲勞損害，同時保證機組功率的平穩(wěn)輸出，提出了兩種風電機組載荷優(yōu)化控制方法，分別為基于最優(yōu)槳矩角與風速非線性經(jīng)驗公式的非線性前饋載荷優(yōu)化控制方法和基于微分進化算法動態(tài)尋找最優(yōu)槳距角的載荷優(yōu)化控制方法，并與傳統(tǒng)的 PID變槳控制相結(jié)合，實現(xiàn)了額定風速以上，大型風電機組的恒功率和載荷優(yōu)化多目標控制任務(wù)。
　　最后，基于 MATLAB/SIMULI

4、NK軟件搭建了風電機組的非線性模型，并對本文提出的揮舞載荷和揮舞力矩系數(shù)模型，載荷優(yōu)化控制算法等進行了編程。在不同風速和不同的權(quán)重參數(shù)情況下，對本文提出的兩種載荷優(yōu)化控制方法與傳統(tǒng)PID變槳控制進行了對比仿真實驗。仿真結(jié)果表明，在不同風速情況下，本文提出的兩種載荷優(yōu)化控制方法均能很好的實現(xiàn)額定風速以上，風電機組恒功率控制和載荷優(yōu)化控制的多目標任務(wù)。并且，基于微分進化算法的載荷優(yōu)化控制方法可以達到載荷實時優(yōu)化和靈活調(diào)整權(quán)重系數(shù)的效果。與傳