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

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

我國2018年-2019年風電新增裝機容量和累計裝機容量統(tǒng)計

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文220世紀中期，中國風電的裝機總量為零，新中國成立以來，國家對清潔能源的重視度逐漸提高，經(jīng)過半個世紀的不懈努力，在2012年，中國的風電裝機總量已經(jīng)突破了6000萬kW，成為世界風電第一大國。2015年，中國風電又實現(xiàn)了質(zhì)的突破——裝機總量突破了1億kW，這也成為了中國風電行業(yè)發(fā)展的里程碑事件。我國國土資源遼闊，風資源豐富，這使得陸上風電在中國有良好的發(fā)展趨勢。在歐洲，大多數(shù)國家國土面積較小，因此海上風電在歐洲國家也具有良好的發(fā)展前景。如圖1.2所示，2019年，歐洲海上風力發(fā)電裝機容量達到3623MW，新增裝機容量3627MW，均創(chuàng)歷史新高。英國、丹麥和比利時在2019年創(chuàng)造了國家安裝記錄。荷蘭將首次安裝海上風電機組，預(yù)計于2020年投入使用。截至2019年底，歐洲的海上風電累計容量達到22072MW。包括部分電網(wǎng)連接的地方，目前在12個歐洲國家有110個海上風電場和5047個并網(wǎng)風力渦輪機�？梢娨�(guī)模浩大，趨勢向好[9]。圖1.22009至2019年歐洲海上風電裝機總量統(tǒng)計Fig.1.2StatisticsoninstalledoffshorewindpowerinEuropefrom2009to2019為了滿足日益增長的需求，風電機組的等級和尺寸都在不斷擴大。然而，隨著裝機容量的不斷上升，風電機組的維護成本也不斷上升，風電機組的結(jié)構(gòu)載荷變得更加突出，導致風能利用率降低，甚至是因為風電機組失效運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問題也逐步進入研究人員的視野，因此，在不斷提高風能利用率的同時，如何降低成本，延長風電機組壽命，也是風電機組課題研究的重點。1.2液壓獨立變槳研究現(xiàn)狀基于風電機組變槳系統(tǒng)的驅(qū)動形式，現(xiàn)存于市場上有兩種主流的變槳方式：液

態(tài)響應(yīng)好和無需變速機構(gòu)等優(yōu)點[10]。而且電動變槳裝置內(nèi)部是由齒輪進行連接，齒輪產(chǎn)生的齒隙會導致齒輪的磨損和載荷的上升，從而使風電機組的壽命減短，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，在失電時液壓變槳將蓄壓器作為備用動力源，可以對葉片進行全順槳作業(yè)。電動變槳中如果調(diào)節(jié)槳距角過于頻繁，其產(chǎn)生的熱負荷會導致變槳系統(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)勢和發(fā)展?jié)摿Γ谥饾u向著市場的主流方向發(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)將變槳信號給到液壓驅(qū)動單元，液壓缸帶動推動桿和同步盤運動,同步盤通過短轉(zhuǎn)軸、連桿和長轉(zhuǎn)軸推動偏心盤轉(zhuǎn)動,偏心盤帶動槳葉進行變槳[12]。液壓變槳系統(tǒng)定位精準、動態(tài)響應(yīng)快，被很多大型風電機組采用，但是其也存在著一些問題，例如漏油、卡澀等機械故障問題；變槳執(zhí)行機構(gòu)相對復(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，從而導致整個風電機組的故障。在近幾年提出了應(yīng)用冗余控制和在線監(jiān)測技術(shù)[13]以避免液壓變槳系統(tǒng)的非線性等問題引起的整機系統(tǒng)故障問題，這在一定程度上減緩了因液壓變槳對風電機組造成的不利影響。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不可忽視的問題。而延遲會給風電機組的獨立變槳控制帶來擾動，以至于降低或者破壞變槳系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而導致因塔架的不規(guī)則震動而造成風電機組的損壞，甚至是重大事故的發(fā)生。尤其是在兆瓦級風電機組系統(tǒng)中，這個由延時造成的擾動更是無法忽略的。

【參考文獻】：
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