塔架作为连接风轮、机舱及基础等部件的重要组成部分,能够支撑风电机组获取风能和发电。随着大型海上风电机组的大力开发,超高柔性塔架发展趋势势不可挡。从风电机组的设计成本上看,塔架大约占15%20%。为了降低设计成本,塔架大多使用轻型材料。在塔架高度和材料等因素的影响下,塔架柔性逐渐增加,其低阻尼性加剧了塔架振动效果。为了维持风电机组稳定发电和降低关键部件的疲劳载荷,本文利用机械控制和电气控制相结合的方式控制塔架振动,主要工作如下所示:1)针对超高柔性塔架带来的振动问题,本文根据频率因素阐述了刚性塔架和柔性塔架的区别,并研究了柔性塔架的结构特性。在GH Bladed中进行了8MW海上风电机组的塔架模态分析,通过Campbell图分析了引起塔架振动的主要来源和频率共振区,为设计塔架振动控制策略提供依据。针对不同的温度和高度等外部环境影响下风电机组性能、风浪载荷影响下塔架动力学结构响应进行了研究。2)针对柔性塔架低频率问题,从机械角度设计了基于调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）的塔架振动控制系统,安装于机舱内。文中给出了TMD控制系统的结构模型。TMD控制系统在一定程度上解决了柔性塔架低频率带来的易振动的问题。3)风浪载荷影响下对塔架进行了受力分析,为了有效控制塔架振动,在电气控制领域设计了基于独立变桨距的塔架振动控制系统。变桨距控制系统主要根据发电机转速偏差和叶片根部载荷优化桨距角输出。同时以塔架振动速度作为反馈信号,进一步调节桨距角输出。利用滤波器抑制叶片振动,进一步增加塔架振动控制效果。针对塔架振动提出的TMD控制系统和独立变桨距系统在GH Bladed中分别进行仿真验证,结果表明通过两种控制策略的配合有效地实现了塔架振动控制效果。
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