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随着风力发电机组的大型化,其塔架高度和桨叶长度也大幅度增加,从而加剧了风剪、塔影和湍流等因素对于风力机各关键部件疲劳载荷的影响,现阶段进入商业化运行的大型机组大多采用统一变桨控制,虽然能在一定程度上减小功率波动和风轮不平衡载荷,但仍不能满足风电并网的要求。针对功率波动性大和风能利用系数低等问题,本课题在分析了独立变桨距理论和桨距角调节原理的基础上,提出了基于风速分区的分段PID独立变桨距控制,主要完成工作如下:(1)根据风力发电机的组成建立了风力发电机组各部分的数学模型,以动量-叶素理论为基础建立了计及风剪切、塔影效应和湍流风况的风速模型,并通过Matlab仿真平台验证模型的有效性。(2)将构建的风速模型分别加入统一变桨距控制系统及普通PID独立变桨距控制系统,研究功率与风速模型间的关系。仿真结果表明,普通PID独立变桨距控制系统功率波动更小。(3)针对普通PID独立变桨距系统在控制输出功率稳定性方面的不足,提出基于风速分区的分段PID独立变桨距控制方法。先由系统的规定误差和黄金优选法对额定风速至切出风速之间划分合理的几段风速区域,然后根据不同的风速区域设计不同的PID控制器。仿真结果表明,提议的控制策略能使发电机功率输出更加稳定。(4)针对非线性风电机组不能精确建立模型的问题,提出将Matlab和GH Bladed实现交互设计的方法分析风力机各部件的载荷。将GH Bladed中得到的桨叶的空气动力参数和载荷导入Matlab构建的控制器仿真系统,获得的结果再与GH Bladed系统联合调试获得叶片旋转过程中在不同位置的气动载荷。结果表明,与普通PID独立变桨距控制相比,基于风速分区的分段PID控制使三只桨叶叶根载荷分别减小12.45%、11.76%、11.63%;挥舞弯矩分别减小20.86%、21.00%、18.16%;轮毂固定坐标下Y和Z方向载荷分别减小14.14%和11.25%;轮毂旋转坐标下Y和Z方向载荷分别减小13.06%和15.08%;塔架Y、Z方向的载荷分别减小26.43%和22.92%。仿真结果表明所提议的控制策略能减小风力机各部件的不平衡载荷。