?。ǘ鈩犹匦?br /> GHBladed是采用經典的葉素-動量理論并結合一定的修正方法進行氣動載荷計算的。從原理可知,風輪的氣動參數的Cp、Ct、Cm主要與槳距角、葉尖速比有關。
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根據DLC1.5仿真的風速、風輪轉速、槳距角結果就可以近似反查到機組運行過程中風輪的推力系數Ct,如圖6(紅色曲線為Ct在等高線圖中的運行軌跡)、圖7(緊急停機過程中的Ct曲線)。
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因此,發電機負載迅速降低為0、槳距角的過快增加是導致沖擊載荷過大的原因。
控制優化與載荷比較
當GL2010規范中DLC1.5工況,塔筒傾覆彎矩、葉片揮舞彎矩的沖擊載荷(或葉片擺振、扭轉方向的沖擊載荷)大于設計極限時,傳統的做法是調節緊急停機時的順槳速度,來減小沖擊載荷。但當緊急停機的順槳速度變慢時,又會導致葉片、塔筒正方向載荷的增加,同時風輪轉速也會大幅上升帶來其他隱性問題。
因此簡單調節緊急停機中順槳速度的辦法,只能起到平衡正向載荷和負向載荷的作用,同時減小順槳速度會帶來更高極限風輪轉速,并沒有從根本上解決問題。
按前章節分析可知,要減小沖擊載荷理想的方式就是限制風輪轉速的下降速率(控制風輪釋放能量的速度);或控制葉尖速比λ和槳距角β滿足圖6一定的等高線關系。
據此,較為理想的控制方式是:在緊急停機的前幾秒時間,結合發電機的加速度信號,通過調節槳距角,進行閉環的風輪減速控制,維持風輪的減速度的速率在一定范圍以內(現國內大量的變槳系統已經可以實現,在緊急停機的前幾秒依然采用主控順槳指令的功能);或限制風輪轉速,減小最大葉尖速比,以減小沖擊載荷。
但由于本文的目的不在于控制器設計,因此本文以下兩種簡化方式進行仿真對比,以表明優化的控制效果。
一、控制尖速比λ
控制邏輯:緊急停機時使發電機轉矩維持2s。(該控制方法參照國外風電整機設計公司控制策略)。
原理:防止風輪轉速的迅速增加(控制最大葉尖速比λ),從而減小沖擊載荷。
仿真設置:在原始的仿真中,第9s時加入剎車(剎車扭矩等于發電機額定扭矩,剎車扭矩在2s內從額定扭矩線性下降到0)。
二、控制槳距角β
控制邏輯:在適當時刻減小順槳速度。
原理:在適當時刻減小順槳速度,即減小氣動剎車,防止風輪轉速的迅速下降。
仿真設置:在原始的仿真中,第10s時加入變槳速度故障,故障值為2deg/s。
緊急停機剛開始需要快速順槳,以減小正向的載荷,而當順槳一定角度后須減小順槳速度以減小沖擊載荷。(此處以固定時間點加入慢速順槳為例,來說明優化效果。但實際應用還需要更為詳細的控制邏輯,如:結合發電機加速度來進行順槳速度的閉環控制。)
三、優化結果
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