《大型風機異步變槳技術的研究》是依託上海交通大學，由凌志斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大型風機異步變槳技術的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：凌志斌
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
風機工作中，由於高度方向的風切變、對風誤差和塔影效應等因素造成槳葉旋轉過程中氣動不平衡，由此產生槳葉振動和扭矩波動。振動可能對風機的轉速工作點和最大風能俘獲區間產生影響，降低了機組發電量；扭矩的波動可能導致其輸出功率的波動，對發電質量和風機的機械壽命產生不利影響。.變槳風機已是當前的主流機型，同步變槳技術較成熟，已商業化套用，其三個槳距角按照同一目標調節。異步變槳技術中，三個槳葉按照各自不同的目標槳距角調節，可以減弱氣動不平衡的影響。異步變槳技術的研究在國外也尚處於起步階段，是變槳技術發展的方向。計畫研究內容如下：（1）異步變槳的理論研究：高度方向風切變、對風誤差和塔影效應對槳葉力矩波動和電能質量影響的研究，探討異步變槳原則和規律。（2）異步變槳相關的關鍵物理量的檢測方法：特定振動信號的檢測、低速軸和高速軸扭矩的檢測。（3）異步變槳策略與風力機組各個運行階段控制目標有機結合的研究。
結題摘要
本項目首先對造成風機扭矩波動的因素進行了分析，建立了風剪下效應、塔影效應、湍流效應下的風速模型；對基於動量－葉素理論的風機氣動建模方法進行了改進，考慮風輪的旋轉尾流，引入風輪的軸向誘導因子和周向誘導因子，對葉尖損失和輪轂損失進行修正，運用疊代法求解誘導因子，同時還對翼型中截面個數進行最佳化；基於風力機坐標系計算出風機在各種氣動效應下所受氣動載荷，將其與權威軟體相比較，證明了計算的準確性；推導出風剪下、湍流和塔影效應對風輪氣動載荷的影響規律，為異步變槳控制策略研究提供理論支持。提出了一種基於電功率的傳動鏈扭矩間接估算方法，即根據發電機轉速、風輪轉速以及發電機的定子電流電壓間接計算傳動鏈扭矩和風輪轉矩，為風機異步變槳多輸入多輸出控制系統的建立打下基礎。 本項目在異步變槳控制策略研究方面首先建立了異步變槳的大型風力發電機組的線性數學模型，利用Coleman變換將風機的線性時變轉換為固定輪轂坐標繫上的線性定常系統；通過槳葉載荷分析，推導出槳葉上的氣動轉矩是引起風輪轉矩波動的主要來源；分析了影響風輪氣動彈性效應的因素；提出基於擺振力矩反饋的異步變槳控制策略，即通過採用基於方位角的多段動態權係數分配和單神經元自適應PID實現異步變槳；比較發現這兩種基於擺振力矩的異步變槳控制策略各有優劣，基於單神經元自適應PID的異步變槳控制策略對槳葉擺振力矩波動的控制效果更好。為了兼顧風輪轉矩波動控制、俯仰力矩和偏航力矩控制，提出了一種基於擺振力矩和揮舞力矩反饋控制的異步變槳控制策略，利用擺振權係數和揮舞權係數得到槳葉的槳距角。最後以永磁直驅的三槳葉的風電機組為研究對象，分別在風剪下、塔影效應、風剪下和塔影效同時影響下的湍流風速和階躍風速這兩種風況下，比較了基於擺振力矩反饋的異步變槳控制、基於揮舞力矩反饋的異步變槳控制、基於擺振力矩和揮舞力矩反饋的異步變槳控制的性能，發現三種控制策略各有優勢，其中基於擺振力矩和揮舞力矩反饋的異步變槳控制綜合了基於揮舞力矩反饋的異步變槳控制和基於揮舞力矩反饋的異步變槳控制的優點，對槳葉的擺振力矩和揮舞力矩、風輪的俯仰力矩和偏航力矩、風輪轉矩、傳動軸扭矩、發電機扭矩、風電機組的電功率輸出的波動有明顯的控制效果，有效降低了槳葉、風輪主軸，傳動鏈、變槳軸承、輪轂、偏航軸承和塔架的疲勞載荷，可提高設備可靠性和延長設備使用壽命，降低運維成本。
