本文關(guān)鍵詞：漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷控制研究　出處：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展和裝機(jī)容量的不斷增加,大功率深海漂浮式風(fēng)電機(jī)組逐步成為發(fā)展趨勢和研究熱點(diǎn)。其葉片、傳動(dòng)鏈、塔筒、浮式基礎(chǔ)和系泊系統(tǒng)等關(guān)鍵部件都具有柔性低頻模態(tài),耦合振動(dòng)幾率增加,機(jī)組運(yùn)行過程中受到的載荷更加復(fù)雜。本文以5MW Spar漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組為研究對象,以減小柔性部件動(dòng)態(tài)載荷為目標(biāo),對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和載荷控制策略進(jìn)行深入研究。通過調(diào)整葉片槳距角和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩從而減小機(jī)組運(yùn)行過程中所受到的動(dòng)態(tài)載荷,重點(diǎn)解決漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法準(zhǔn)確建模、外部強(qiáng)擾動(dòng)等不確定因素對動(dòng)態(tài)載荷控制帶來的影響問題。主要工作如下:建立了海上風(fēng)力機(jī)-浮式基礎(chǔ)-系泊系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,分析了海浪水動(dòng)力、機(jī)艙搖擺、海上風(fēng)電場尾流對機(jī)組振動(dòng)及載荷的影響,重點(diǎn)研究了風(fēng)輪不平衡載荷和柔性傳動(dòng)鏈載荷。并以此為基礎(chǔ)確定了漂浮式風(fēng)電機(jī)組載荷控制總體方案。針對海上風(fēng)電場尾流效應(yīng)引起的風(fēng)輪不平衡、耦合水動(dòng)力的機(jī)艙搖擺振動(dòng)問題,提出了漂浮式風(fēng)電機(jī)組變槳多目標(biāo)載荷控制策略,采用H_2/H_∞魯棒控制對機(jī)組輸出功率穩(wěn)定性和機(jī)艙縱向運(yùn)動(dòng)兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行同時(shí)控制,從而使風(fēng)電機(jī)組達(dá)到整體最優(yōu)的目的。采用基于尾流中心預(yù)測的多步模型預(yù)測減小風(fēng)輪不平衡載荷。針對漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組柔性傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性特點(diǎn),提出了雙回路傳動(dòng)系統(tǒng)非扭轉(zhuǎn)載荷控制策略,使用基于μ綜合設(shè)計(jì)的控制器,對傳動(dòng)系統(tǒng)縱向和橫向同時(shí)進(jìn)行控制,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。針對于傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)載荷,設(shè)計(jì)了基于卡爾曼狀態(tài)估計(jì)的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)載荷控制器,通過減小傳動(dòng)鏈上風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的等效轉(zhuǎn)速差,減小傳動(dòng)鏈扭矩。為了驗(yàn)證本文提出的動(dòng)態(tài)載荷控制策略,構(gòu)建了漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組控制硬件在環(huán)測試平臺(tái),在風(fēng)浪聯(lián)合作用工況下進(jìn)行了測試和對比分析。動(dòng)態(tài)載荷對比結(jié)果表明該載荷控制方法可以明顯減小風(fēng)輪不平衡及傳動(dòng)系統(tǒng)載荷,從而驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)載荷控制策略的可行性、有效性。
[Abstract]:With the rapid development of offshore wind power generation technology and the installed capacity increased, large power deep-sea floating wind power units have gradually become the development trend and research hotspot. The blade, the transmission chain of tower, the key components of the floating foundation and mooring system has flexible low-frequency modes, coupling vibration load by the increased risk during operation of the unit is more complex. Based on the 5MW Spar floating offshore wind turbine as the research object, in order to reduce the dynamic load of flexible components as the goal, in-depth study on the system dynamics model and load control strategy. By adjusting the blade pitch angle and generator torque so as to reduce the dynamic load by during operation of the unit, the key to solve the floating offshore wind turbines cannot be accurately modeled, strong external disturbance and other uncertain factors on the impact of dynamic load control problem. The main work such as Under the established floating foundation of offshore wind turbine dynamic mooring system model, analyzed the hydrodynamic waves, cabin swing, offshore wind farm wake effect on vibration and load, and focus on the wind wheel load imbalance and flexible drive chain load. And on this basis determine the floating wind power the unit load control scheme. The wind wheel for offshore wind farm wake effect caused by the imbalance, coupled with hydrodynamic cabin rocking vibration problem, put forward the floating wind turbine pitch multi-objective load control strategy, H_2/H_ robust control and control the output power stability of the unit and the cabin longitudinal motion of two target by thus, the wind turbine to achieve the overall optimal objective. The multi-step prediction model of wake center reduced wind wheel unbalance load. Based on for floating offshore wind turbine flexible transmission system The uncertainty of system dynamics parameters, non torsion load control strategy of double loop transmission system is proposed, using the controller synthesis based on the design of transmission system of the vertical and horizontal control at the same time, improve the stability and robustness of the system. According to the transmission chain torsion loads, design the dynamic state estimation of Calman torsion load controller based on by reducing speed, the equivalent dynamic chain wind wheel and the generator, reducing transmission chain torque. In order to verify the proposed dynamic load control strategy, the construction of floating offshore wind turbine control hardware in the loop test platform, were tested and compared to the combined effect of wind and wave conditions. Results show that the dynamic load the load control method can obviously reduce the load of the wind wheel unbalance and transmission system, which verifies the feasibility of dynamic load control strategy, effective .

【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

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