【摘 要】
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海上浮式风电机组在运行过程中受随机风、浪载荷的联合激励,会引起平台和塔架的倾斜运动,使整个机组的空间运行姿态产生显著变化,进而改变不同桨距角下叶片不同径向位置处的相对入流风速,增加发电功率波动,影响风电机组的使用寿命。变桨距控制系统作为海上浮式风电机组的重要组成部分,研究变桨距控制策略对保持输出功率稳定、延长风电机组使用寿命都具有重要的意义。本文以海上浮式风电机组为研究对象,以维持风电机组输出功率
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用发展专项重点项目“海上浮式风电装备研制及应用（cstc2019jscx-mbdx X0003）”; 国家重点研发计划“大型海上风电机组及关键部件优化设计及批量化制造、安装调试与运行关键技术（2018YFB1501300）”
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海上浮式风电机组在运行过程中受随机风、浪载荷的联合激励,会引起平台和塔架的倾斜运动,使整个机组的空间运行姿态产生显著变化,进而改变不同桨距角下叶片不同径向位置处的相对入流风速,增加发电功率波动,影响风电机组的使用寿命。变桨距控制系统作为海上浮式风电机组的重要组成部分,研究变桨距控制策略对保持输出功率稳定、延长风电机组使用寿命都具有重要的意义。本文以海上浮式风电机组为研究对象,以维持风电机组输出功率稳定和抑制平台运动为目标,开展了变桨距控制策略的研究,主要研究工作如下:（1）根据海上浮式风电机组的运行原理,基于风电机组气动力、水动力、结构系统和变桨距控制系统的子动力学模型,建立了风电机组整机耦合动力学模型。针对风电机组在风浪联合作用下输出功率波动的问题,提出统一变桨距自抗扰控制策略,以恒转矩为控制目标设计了统一变桨距自抗扰控制器。（2）提出了对统一变桨距自抗扰控制器参数进行整定的带宽整定法和BP神经网络整定法,完成对变桨距自抗扰控制器参数的整定。基于FAST/Simulink软件平台建立了海上浮式风电机组仿真模型,分别研究了海上浮式风电机组在不同风况和风浪联合作用下的动态特性,对比分析了统一变桨距自抗扰控制和PID控制对桨距角、发电功率、发电机转速、气动转矩以及平台运动的影响。（3）为了同时实现维持功率稳定和抑制平台运动的目标,提出独立变桨距自抗扰控制策略,将风轮转速、平台纵荡位移和横摇角度作为控制器输入,设计了独立变桨距自抗扰控制器,仿真分析了不同风况和风浪联合作用下独立变桨距自抗扰控制器和统一变桨距自抗扰控制器对风电机组发电功率、发电机转速以及平台运动的影响。（4）利用GH Bladed软件对变桨距自抗扰控制策略进行验证,分析3D湍流风作用下的变桨距自抗扰控制系统对风电机组桨距角、发电功率、发电机转速和发电机转矩的影响,验证本文提出的变桨距自抗扰控制策略的有效性。综上,本文研究了海上浮式风电机组变桨距控制策略,针对风电机组的结构特性设计了变桨距自抗扰控制器,仿真分析变桨系统的性能特性及平台运动的抑制效果,为提高风电机组的输出功率稳定性,延长风电机组的使用寿命提供了理论基础。
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