[发明专利]一种基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法

说明书

本发明提供一种基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法，所述方法包括：建立风机机理模型、TMD机理模型以及结构振动机理模型；搭建风机的电磁转矩模型与桨距角控制器模型，并根据风机的载荷，选择合适的控制目标；以TMD的参数和变桨控制器的参数为优化变量，选择具体的优化方案以实现所述参数的优化；基于风机载荷仿真软件或者实际实验平台，验证所述基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法的有效性。本发明改进了现有风机减载方式的不足，能够在保证功率稳定追踪的情况下，有效降低风机在不同工况下的载荷，一定程度上保证了风机塔架的稳定性，提高风机的安全性能，延长风机的使用寿命，提高风机的输出电能质量。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体而言，涉及一种基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法。

背景技术

风力发电机长期运行在自然环境中，不仅从环境的风中获得能量，也遭受着环境载荷如强风、酸腐蚀、地震等的不利影响。风机在运行过程中会受到气动载荷、惯性载荷、控制载荷等多种载荷的联合作用，风机的塔架会产生较大的振动响应，不仅使相关结构产生疲劳载荷，缩短使用寿命，也使风机的输出功率发生一定程度波动。

因此，有必要寻找一种经济有效的方法，来降低风机的结构振动，降低风机载荷，提高风机在不同环境下的适应性，延长风机的使用寿命。

现有的技术手段包括物理手段和控制手段。物理手段主要是安装协调质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)，TMD由质量、弹簧和阻尼单元组成，通过与风机结构之间的相互作用，吸收风机振动部分能量，从而降低风机振动，然而，TMD的应用效果对其安装位置和自身参数较敏感，且效果相差较大，需要额外结合风机的自振特点进行优化。控制手段主要为独立变桨控制，由于变桨可以直接影响风机的塔架振动，通过合适的变桨动作来抵消环境载荷造成的塔架振动的加剧，但变桨也会影响风能捕获，会牺牲部分的功率输出，如果控制策略不当会使风机输出功率达不到控制要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法。

本发明提供一种基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法，所述方法包括：

建立风机机理模型、TMD机理模型以及结构振动机理模型；

搭建风机的电磁转矩模型与桨距角控制器模型，并根据风机的载荷，选择合适的控制目标；

以TMD的参数和变桨控制器的参数为优化变量，选择具体的优化方案以实现所述参数的优化；

基于风机载荷仿真软件或者实际实验平台，验证所述基于TMD与变桨优化控制的风机联合减载方法的有效性。。

在一些可选地实施方式中，所述风机机理模型包括气动模型，所述气动模型表示为下式(1)：

其中，P_rot是气动功率，T_rot是气动转矩，ρ是空气密度，R是风轮转子半径，v是经过所述风轮转子的平均风速，C_P(λ,β)是气动功率系数，β是实际桨距角，λ是叶尖速比，λ表示为ω_rotR/v，ω_rot是所述风轮转子转速，所述C_P表示为下式(2)：

在一些可选地实施方式中，所述风机机理模型包括传动模型，所述传动模型表示为下式(3)：

其中，J为传动模型等效转动惯量，J_rot和J_gen分别为风轮转子转动惯量和发电机转动惯量，N为齿轮箱变速比，B_dmp为低速轴阻尼系数，T_gen为发电机电磁转矩。