【摘 要】
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随着风电机组容量的增大,结构柔性增加,机组传动链各部件相互连接,由于风电机组承受风波动及传动链结构内部扭转振动,在内外部激励作用下,传动链各部件相互影响;这种气-机-电耦合影响对机组动态特性研究、控制研究十分必要。可以通过研究传动链部件的频率特征来预防机组共振,分析动态特性来掌握机组运行规律,提高机组运行稳定性。额定风速以上,设计线性自抗扰控制（LADRC）的变桨控制器来降低机组风轮载荷,抑制塔架
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（课题编号:2018YFB1501304）大型海上风电机组“传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术”；
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随着风电机组容量的增大,结构柔性增加,机组传动链各部件相互连接,由于风电机组承受风波动及传动链结构内部扭转振动,在内外部激励作用下,传动链各部件相互影响;这种气-机-电耦合影响对机组动态特性研究、控制研究十分必要。可以通过研究传动链部件的频率特征来预防机组共振,分析动态特性来掌握机组运行规律,提高机组运行稳定性。额定风速以上,设计线性自抗扰控制（LADRC）的变桨控制器来降低机组风轮载荷,抑制塔架振动,稳定功率输出,保证机组安全稳定运行的同时提升发电量。围绕上述内容,在国家重点研发计划课题（课题编号:2018YFB1501304）大型海上风电机组“传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术”的资助下,取得如下研究成果:根据叶素动量理论和多体动力学模型,基于FAST建立风轮模型,在MATLAB/Simulink中建立齿轮箱、永磁同步发电机模型,通过FAST与Simulink联合仿真甄别传动链关键部件的潜在共振点。对比耦合前后发电机的功率谱密度结果,表明由于气-机-电耦合效应,发电机功率中包含机械振动频率,表明耦合模型能够捕捉到风轮、塔架等部件的动态特征。在风轮转速为11rpm时,0.69Hz的频率与风轮旋转的3倍频有交叉,接近传动链的固有频率0.667Hz,存在共振点。湍流风影响下,风轮转速为12.5rpm时,频率2.07Hz及谐波与风轮旋转的9倍频有交叉,与叶片二阶挥舞前进模态频率1.98Hz接近,同时与五质量块模型得到的本征频率2.15Hz接近,存在共振风险。为实现额定风速以上稳定的功率控制并降低机组所受到的载荷,设计了线性自抗扰变桨控制器,并在不同风况下将其与变增益PI变桨控制器进行对比。通过仿真结果可以看出,在恒定风速、阶跃风速工况下,基于线性自抗扰控制的变桨控制器,机组的发电稳定性、维持发电机转速的性能都明显强于PI控制器。湍流风速工况下,线性自抗扰变桨控制器不仅能保证发电机功率输出平稳,并且能抑制塔架的振动,减小叶根面外弯矩,降低机组所受到的载荷,提高机组运行的安全性。
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