减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究

陈 雷 孙宏利 邢作霞

（沈阳工业大学风能技术研究所，沈阳 110023）

近年来，风能作为可再生清洁能源，得到了快水速的发展。海上风速大且稳定，利用小时数可达到3000h以上。同容量装机，海上虽比陆上成本增加60%，但电量却增加50%以上。因此，海上风电机组是未来风电产业发展的新领域、新潮流。

平轴风力机根据来流、叶片、塔架的相对位置，可分为上风向风力机和下风向风力机。海上风速大，引起的叶片形变也大，对于上风向风力机来说，当叶片经过塔架所在位置时，容易与塔架发生碰撞，造成风电机组的损坏，因此，下风向风力机是海上风电机组发展的趋势。下风向风力机由于塔架在扫略面的前方，受到的塔影效应影响更大些。

目前，主流兆瓦级以上的三桨叶水平轴风电机组，其直径接近或超过百米，同时叶片空间互差120°。由于塔影效应影响，加剧了叶片在风轮扫略面上所受到的空气动力载荷的周期型变化，同时对风电机组的输出功率也会产生一定的波动[1-2]。降低载荷波动的比较有效且可行的办法就是使用独立变桨距调节技术，给每个叶片叠加一个独立的桨距信号，使3只叶片具有不同的空气动力学特性，以补偿风的不均匀性引起的俯仰载荷和偏航载荷[3-9]。

本文对独立变桨距控制系统引入坐标变换-Coleman变换，将风轮线性时变模型变换为线性时不变模型，同时将系统部分解耦，简化控制器的设计。在此基础上，建立独立变桨距控制系统，对风电机组的载荷情况进行仿真研究，并与采用统一变桨距控制策略的风电机组进行比较分析。……