【摘 要】
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我国幅员辽阔,海上风资源丰富,对于海上风电机组的发展提供了良好的环境基础。当前世界风能资源开发与利用发展趋势是深远海,单台风机尺寸大型化。传统的控制器并不能够应对复杂恶劣海况条件和风电机组自身结构的复杂性。而对于漂浮式风电机组主要的控制目标是稳定功率输出和稳定浮式平台,避免浮式基础六自由度大幅度运动带来的载荷影响,降低维护成本。因此,论文以驳船式浮式风电机组为研究对象,展开深海型浮式风电机组动态响
【基金项目】
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国家自然基金面上项目: 面向大型浮式风电系统的柔性多体动力学建模与双重载荷控制研究（NO.51875058）； 科技援疆重点项目:海上大型驳船式风电系统柔性多体动力学建模与阻尼器降载、振动控制技术研究与应用（NO.2021E02039）； 渝乌科技合作项目:大叶轮柔性超高塔风电机组振动控制关键技术开发与产业化（NO. CSTC02
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我国幅员辽阔,海上风资源丰富,对于海上风电机组的发展提供了良好的环境基础。当前世界风能资源开发与利用发展趋势是深远海,单台风机尺寸大型化。传统的控制器并不能够应对复杂恶劣海况条件和风电机组自身结构的复杂性。而对于漂浮式风电机组主要的控制目标是稳定功率输出和稳定浮式平台,避免浮式基础六自由度大幅度运动带来的载荷影响,降低维护成本。因此,论文以驳船式浮式风电机组为研究对象,展开深海型浮式风电机组动态响应分析及功率控制方法研究,论文的主要工作如下:（1）针对复杂非线性浮式风电机组系统和运行环境,展开空气动力学、水动力学、系泊系统动力学、传动链系统研究,并建立系统多体动力学耦合模型。（2）利用美国可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory,NREL）OpenFAST与MATLAB软件联合仿真,对驳船式浮式平台的六自由度进行动态响应研究,考虑风浪联合作用、风浪入射方向、系泊线个数、缆索长度以及平台入水深度对浮台进行动态响应研究。研究表明,驳船式平台对于波浪最为敏感,风主要影响浮台的平动位移,浪主要影响浮台的偏航转动,调整系泊缆绳个数对于浮台运动变化最为明显,系泊线长度变化与平台入水深度对于浮台运动特性有影响。（3）论文提出了基于预设性能函数方法（Prescribed Performance Controller,PPC）的最大功率点跟踪控制方法,解决了风电机组在欠功率阶段,受到强干扰和执行器部分失效的情况下不能快速捕获风能的问题,并进行了控制器的稳定性证明;论文设计了基于快速终端积分滑模控制（Fast Integral-Type Terminal Sliding,FITS）方法的变桨控制器,解决了风电机组在极端海况下,在全功率运行阶段,输出功率波动的问题。（4）论文建立了OpenFAST与Matlab联合仿真模型。对PPC控制器与状态反馈控制器（State Feedback Controller,SFC）进行了仿真实验对比,结果证明了PPC控制器的抗干扰性和容错性能;对FITS的变桨控制器与传统的增益调度PI控制器从功率平稳性、载荷抑制及平台六自由度运动进行了结果数据的定量分析,结果证明了FITS变桨控制器的有效性。
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