基于DAC状态反馈控制的浮式风机减载研究与监控

• 作 者: 王慧
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: spar浮式风力发电机 减载研究 扰动校正技术 监控系统设计

随着脱碳要求和能源投资组合多样化的压力不断加大,陆地和浅海区域的风电开发资源在许多市场受到更多限制,越来越多的国家把目光投向了深海区域的风力发电资源。漂浮式基础为风电场进一步进入深海区域提供了一个可行的解决方案。部署风电机组的主要挑战在于如何在保持风机稳定运行情况下尽可能多的从风能中提取优质电力资源。然而,使用漂浮式平台会引入6个自由度的额外运动,如果不主动或被动地考虑这些运动,将会对发电量和风电机组负载产生消极影响。除此,漂浮式风机由于具有复杂的机械结构,并且长期运行在高风速、高波浪的外界环境中,机组结构与外界干扰的耦合问题也会强烈影响浮式风机的正常运行。因此,亟需研究先进的控制系统最大限度地降低机组载荷,抑制浮式基础运动并提高发电质量。本文提出基于状态反馈的单独叶片俯仰控制技术用于降低机组载荷,抑制浮式基础运动和塔架振动,并且引入扰动校正技术用于控制变化的风速对于机组稳定运行的干扰。本论文以spar(单柱)式风力发电机作为研究对象,以降低机组载荷作为研究目的,对浮式风机的控制问题进行详细讨论和深入研究,具体工作内容如下:(1)研究漂浮式基础结构、系泊系统和锚固系统的特点以及作用机制。通过分析浮式风机的水动力学和气动力学进一步了解风机运行过程。通过分析风机重要结构的动力学方程充分了解其运行原理。(2)针对spar式风力发电机的减载问题,对叶片不平衡气动载荷、塔架前后振动以及浮式基础的运动等疲劳载荷进行控制。利用单独叶片俯仰控制,改变运行时叶片桨距角进而改善叶片载荷和塔架振动。将浮台的横摇、纵摇、横荡、纵荡和塔架一阶运动模态等多个自由度考虑在浮式风机建模过程中,尽可能逼近真实的漂浮式风机系统运动状态,实现系统的高保真建模。(3)提出状态反馈控制方法实现独立叶片俯仰控制器的设计,尽可能降低机组载荷,稳定输出功率。利用扰动校正技术抑制风速变化对机组稳定运行产生的负面影响。利用FAST-MATLAB联合仿真平台,对spar式风力发电机模型进行不同载荷工况下的仿真实验,验证了控制策略和控制器的有效性。(4)利用WinCC软件开发海上风电场监控系统,对机组重要参数、运行情况以及载荷信息进行监控。