經(jīng)過多年的發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在我國(guó)乃至世界上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著液壓技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用,在大型風(fēng)電機(jī)組中逐漸采用液壓變槳。但是在液壓變槳過程中產(chǎn)生的塔架前后震動(dòng)會(huì)在一定程度上影響風(fēng)電機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定性,使風(fēng)電機(jī)組接收到的來流速度與實(shí)際風(fēng)輪處的風(fēng)速不符,從而造成實(shí)際輸出功率的偏差。同時(shí)液壓變槳系統(tǒng)運(yùn)作過程中,會(huì)產(chǎn)生未知延時(shí),該延時(shí)還會(huì)給系統(tǒng)造成擾動(dòng),使風(fēng)電機(jī)組的塔架前后震動(dòng)信號(hào)相對(duì)于變槳信號(hào)有一定的延時(shí),使風(fēng)電機(jī)組的瞬態(tài)載荷增加,輸出功率的穩(wěn)定性下降。本文以國(guó)內(nèi)某型號(hào)3MW風(fēng)電機(jī)組為研究對(duì)象,對(duì)由液壓變槳引起的塔架前后震動(dòng)及其延時(shí)擾動(dòng)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)風(fēng)電機(jī)組的基本原理進(jìn)行分析,并基于此理論在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上搭建了由風(fēng)速模型、發(fā)電機(jī)模型、風(fēng)輪模型、變槳擾動(dòng)模型組成的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)模型,為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。其次,對(duì)風(fēng)電機(jī)組的變槳和塔架前后震動(dòng)進(jìn)行了建模研究。推導(dǎo)并計(jì)算槳距角的變化值與塔架前后震動(dòng)位移之間的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)了統(tǒng)一變槳與獨(dú)立變槳聯(lián)合控制的變槳控制器,并將最終變槳信號(hào)輸入到傳遞函數(shù)中得出理想無延時(shí)狀態(tài)下的塔架前后震動(dòng)位移,從... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

我國(guó)2018年-2019年風(fēng)電新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文220世紀(jì)中期，中國(guó)風(fēng)電的裝機(jī)總量為零，新中國(guó)成立以來，國(guó)家對(duì)清潔能源的重視度逐漸提高，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的不懈努力，在2012年，中國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)突破了6000萬kW，成為世界風(fēng)電第一大國(guó)。2015年，中國(guó)風(fēng)電又實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突破——裝機(jī)總量突破了1億kW，這也成為了中國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的里程碑事件。我國(guó)國(guó)土資源遼闊，風(fēng)資源豐富，這使得陸上風(fēng)電在中國(guó)有良好的發(fā)展趨勢(shì)。在歐洲，大多數(shù)國(guó)家國(guó)土面積較小，因此海上風(fēng)電在歐洲國(guó)家也具有良好的發(fā)展前景。如圖1.2所示，2019年，歐洲海上風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3623MW，新增裝機(jī)容量3627MW，均創(chuàng)歷史新高。英國(guó)、丹麥和比利時(shí)在2019年創(chuàng)造了國(guó)家安裝記錄。荷蘭將首次安裝海上風(fēng)電機(jī)組，預(yù)計(jì)于2020年投入使用。截至2019年底，歐洲的海上風(fēng)電累計(jì)容量達(dá)到22072MW。包括部分電網(wǎng)連接的地方，目前在12個(gè)歐洲國(guó)家有110個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)和5047個(gè)并網(wǎng)風(fēng)力渦輪機(jī)�？梢娨�(guī)模浩大，趨勢(shì)向好[9]。圖1.22009至2019年歐洲海上風(fēng)電裝機(jī)總量統(tǒng)計(jì)Fig.1.2StatisticsoninstalledoffshorewindpowerinEuropefrom2009to2019為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，風(fēng)電機(jī)組的等級(jí)和尺寸都在不斷擴(kuò)大。然而，隨著裝機(jī)容量的不斷上升，風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)成本也不斷上升，風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)載荷變得更加突出，導(dǎo)致風(fēng)能利用率降低，甚至是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組失效運(yùn)行造成的人身傷亡事故。尤其是隨著液壓變槳技術(shù)的不斷完善，與之而來的故障和延時(shí)問題也逐步進(jìn)入研究人員的視野，因此，在不斷提高風(fēng)能利用率的同時(shí)，如何降低成本，延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組壽命，也是風(fēng)電機(jī)組課題研究的重點(diǎn)。1.2液壓獨(dú)立變槳研究現(xiàn)狀基于風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)形式，現(xiàn)存于市場(chǎng)上有兩種主流的變槳方式：液

態(tài)響應(yīng)好和無需變速機(jī)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)[10]。而且電動(dòng)變槳裝置內(nèi)部是由齒輪進(jìn)行連接，齒輪產(chǎn)生的齒隙會(huì)導(dǎo)致齒輪的磨損和載荷的上升，從而使風(fēng)電機(jī)組的壽命減短，而液壓變槳的油缸執(zhí)行速度明顯比齒輪快，且占用空間較小，從而巧妙避開了這一弊端。同時(shí)，在失電時(shí)液壓變槳將蓄壓器作為備用動(dòng)力源，可以對(duì)葉片進(jìn)行全順槳作業(yè)。電動(dòng)變槳中如果調(diào)節(jié)槳距角過于頻繁，其產(chǎn)生的熱負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致變槳系統(tǒng)的損壞[11]，這就使液壓變槳系統(tǒng)逐漸凸顯出了其自身具有的巨大優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿�，正在逐漸向著市場(chǎng)的主流方向發(fā)展。液壓變槳系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，變槳控制系統(tǒng)將變槳信號(hào)給到液壓驅(qū)動(dòng)單元，液壓缸帶動(dòng)推動(dòng)桿和同步盤運(yùn)動(dòng),同步盤通過短轉(zhuǎn)軸、連桿和長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸推動(dòng)偏心盤轉(zhuǎn)動(dòng),偏心盤帶動(dòng)槳葉進(jìn)行變槳[12]。液壓變槳系統(tǒng)定位精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，被很多大型風(fēng)電機(jī)組采用，但是其也存在著一些問題，例如漏油、卡澀等機(jī)械故障問題；變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，使其本身具有明顯的非線性問題，這就容易造成液壓變槳系統(tǒng)本身的損壞，從而導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的故障。在近幾年提出了應(yīng)用冗余控制和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[13]以避免液壓變槳系統(tǒng)的非線性等問題引起的整機(jī)系統(tǒng)故障問題，這在一定程度上減緩了因液壓變槳對(duì)風(fēng)電機(jī)組造成的不利影響。圖1.3液壓變槳系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1.3Internalstructureofhydraulicpitchcontrolsystem液壓變槳日益完善，隨之而來由于變槳產(chǎn)生的延遲也成為了一個(gè)不可忽視的問題。而延遲會(huì)給風(fēng)電機(jī)組的獨(dú)立變槳控制帶來擾動(dòng)，以至于降低或者破壞變槳系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致因塔架的不規(guī)則震動(dòng)而造成風(fēng)電機(jī)組的損壞，甚至是重大事故的發(fā)生。尤其是在兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)中，這個(gè)由延時(shí)造成的擾動(dòng)更是無法忽略的。

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