风网载荷联合作用下的大型风电机组动力学行为与控制

摘要

在风网载荷作用下,风电机组的结构动力特性复杂,特别是现代风电机组不断大型化,叶片柔性和塔架柔性增加.在风电场,风电机组一些故障甚至事故产生的原因无法得到合理的解释,给风电场风电机组和电网安全可靠运行留下了极大的隐患,对风电技术的健康发展带来了不良影响.本项目旨在通过分析风网载荷作用下风电机组性能特性,为大型风电机组优化设计、动力学控制提供参考.研究了基于SCADA数据的风电机组能量获取与流动特性，分析了物质流、能量流和信息流的具体表现形式及相互关系，构建了基于SCADA数据的风轮机械转矩计算模型;分析了风速、风轮转速、变桨距等对机舱振动的影响。采用跨能域的风电机组气-机-电-磁系统模型，进行了叶片断裂事故发生后风电机组动态特性分析，包括机械力矩与电磁力矩、能量捕获与转换、输入电网功率等变化特性;提出一种叶片载荷与运动特性分析方法。进行了塔架结构参数多目标优化设计;提出一种叶片气动外形及其运行特性设计优化方法。提出了一种海、陆两用风力发电实验平台方案，进行了结构参数设计，开展了部分风电机组动态特性研究工作。