[发明专利]一种减小风机塔架振动的磁流变智能控制器

说明书

本发明属于风力发电机结构振动控制技术领域，提供了一种减小风机塔架振动的磁流变智能控制器。根据风机塔筒的结构特征和地震动、风荷载作用特征，提出减小风机塔架振动的智能控制，在风机塔筒下部、中部和上部分别沿周向布置磁流变阻尼器，以达到对地震动和风荷载的不同频谱特征和强度特征的最优自适应控制。本发明克服了风机塔架内部空间狭小密闭的特点，可以对风力发电机中的塔架振动起到较好的控制作用，能够减少塔架的疲劳荷载，增强风机结构在使用过程中的安全系数。

技术领域

本发明属于风力发电机结构振动控制技术领域，主要是基于磁流变阻尼器的减小风机支撑塔架振动的智能控制方法。

背景技术

风力发电结构在风荷载作用下始终处于振动状态，地震动作用下振动尤其剧烈，对于风机结构安全构成了威胁。在此背景下，在国外尤其是风电技术发达的欧洲国家，对于风机塔架的振动开展了振动控制技术的研究，包括置于油中的TMD阻尼器等。随着我国风电技术的发展，提出具有自主知识产权的风电结构控制技术十分必要。

风电结构，尤其是海上风电结构，在运行中可能面临着海底冲刷、表面覆冰、材料腐蚀等，从而改变风机结构在运行中的动力特性。由于风力发电的特点，风电结构具有内蕴的实施主动或半主动控制的条件。由于风电支撑塔筒结构半径小，内部空间有限，磁流变阻尼器作为一种智能驱动装置，具有构造简单、响应快、阻尼力大且连续顺逆可调等优良性能。因此，可以研发基于磁流变阻尼器的风电塔架的智能控制措施。

发明内容

本发明目的是提出一种减小风机支撑塔架结构振动的智能控制器。

本发明的技术方案：

一种减小风机塔架结构振动的智能控制方法，根据风机塔筒的结构特征和地震动、风荷载作用特征，减小风机塔架振动的智能控制，在风机塔筒下部、中部和上部分别沿周向布置磁流变阻尼器，以达到对地震动和风荷载的不同频谱特征和强度特征的最优自适应控制；

磁流变智能控制器主要由内部刚性支撑系统、磁流变阻尼器、加速度传感器、数据采集仪和模糊控制器组成；刚性支撑系统主要由与磁流变阻尼器布设等高的球铰、下部与风机塔筒法兰固定部位的刚性齿轮环以及球铰与齿轮环之间斜向连接钢架构成(图1)；磁流变阻尼器在风机塔筒环向90度均匀布置4个，其一端与球铰连接，另一端与风机塔筒法向连接；加速度传感器分别布置在塔架的下部、中部和上部，通过数据采集仪将响应信息输入到模糊控制器，通过模糊控制算法调节输出电压控制磁流变阻尼器的作动力；通过偏航控制系统控制4个磁流变阻尼器对准风机结构的前后和左右正交方向；

模糊逻辑控制算法：塔筒地震加速度和位移的隶属函数选取非线性隶属函数，磁流变阻尼器输入电流选取线性隶属函数；根据风场设防地震动和风荷载特征作用下的塔架加速度响应和位移响应范围从小到大分为五个模糊区间，磁流变阻尼器的控制电流也从小到大分为五个区间，根据加速度和位移的不同组合，采用Mamdani模糊规则得到磁流变阻尼器的控制力：

τ_y＝A₁e^-I+A₂ln(I+e)+A₃I

上式中，I和τ_y分别为磁流变阻尼器的控制电流和磁流变液的屈服剪力，A1、A2、A3是磁流变体性能相关系数，e为自然数。

本发明的有益效果：本发明充分利用了风力发电的机电控制特征，通过偏航控制阻尼器的主方向，减小了振动控制器在环向的布置数量，降低了塔筒空间的占用；同时，在控制失效时，磁流变阻尼器可以作为被动阻尼器，提高振动控制的鲁棒性。

附图说明

图1是磁流变阻尼器在塔筒中的布置及支撑钢架示意图；

图2是智能控制方法示意图；

图3是模糊控制示意图；