湍流风工况仿真分析策略与应用

仿真分析平均风速为12m/s、20m/s湍流风况下，采用独立变桨控制（IPC）和采用协同变桨控制（CPC）的控制效果差异。

图7-21、图7-22分别是12m/s、20m/s平均风速湍流风工况下，采用独立变桨控制（IPC）和采用协同变桨控制（CPC）的输出桨距角差异比较。为了更清楚比较两种控制策略间的输出桨距角差异，图7-21、图7-22中的图b截取了图a中前100s时间轴的数据。从图中可以知，独立变桨控制输出桨距角是协同变桨控制输出桨距角，叠加一个近似正弦变化偏差桨距角，而这个近似正弦变化的偏差桨距角就是偏差变桨控制输出桨距角，其频率为1P（风轮转频），幅值是变化的。

图7-21 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）桨距角比较（平均风速12m/s） （彩图见封三）

图7-22 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）的桨距角比较（平均风速20m/s） （彩图见封三）

图7-23 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）变桨速率比较（平均风速12m/s）

图7-23、图7-24分别是12m/s、20m/s平均风速湍流风工况下，采用独立变桨控制（IPC）和采用协同变桨控制（CPC）的变桨速率比较。从图中可以知，采用独立变桨控制（IPC）后，变桨速率增加较多，即变桨更频繁了，这就会加7剧变桨轴承和变桨减速机的磨损，增加变桨电机的发热。

图7-24 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）的变桨速率比较（平均风速20m/s）

图7-25 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）控制效果比较（平均风速12m/s）

图7-25 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）控制效果比较（平均风速12m/s）（续）(www.xing528.com)

图7-25、图7-26分别是12m/s平均风速湍流风工况下，采用独立变桨控制（IPC）和采用协同变桨控制（CPC）的控制效果比较，分别比较了桨叶根部载荷（Blade 1 M_Y）（见图a）、风轮旋转坐标系载荷（Rotating hub M_Y和M_Z）（见图b、c）、轮毂固定坐标系统载荷（Stationary hub M_Y和M_Z）（见图d、e）、发电机转速（见图f）、发电机功率（见图g）。从图可知，采用独立变桨控制（IPC）后，桨叶根部载荷、风轮旋转坐标系载荷、轮毂固定坐标系统载荷都有明显减小，效果显著。而发电机转速和发电机功率几乎不变。

图7-26 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）控制效果比较（平均风速20m/s）

图7-26 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）控制效果比较（平均风速20m/s）（续）

图7-26 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）控制效果比较（平均风速20m/s）（续）

图7-27是从频域上分析采用独立变桨控制（IPC）和采用协同变桨控制（CPC）的控制效果差异。图中分别分析了桨叶根部载荷（Blade 1 M_Y）（见图a）、风轮旋转坐标系载荷（Rotating hub M_Y）（见图b）、轮毂固定坐标系统载荷（Stationary hub M_Y）（见图c）和变桨速率在频域上差异（见图d、e）。从图中可知，采用独立变桨控制（IPC），主要减少了桨叶根本载荷和风轮旋转坐标系载荷的1P（风轮转频）分量；主要减小了轮毂固定坐标系统载荷的低频分量（表示平均值）；主要增加变桨速率1P（风轮转频）分量。

综上所述，采用独立变桨控制可以有效减小叶片根部载荷M_Y、风轮旋转坐标系载荷M_Y与M_Z波动（1P谐波分量），同时还可以减小轮毂固定坐标系载荷M_Y与M_Z的平均值，即可以减小风轮上的不均衡载荷。仿真结果还表明，且采用独立变桨控制基本上不影响发电机转速和功率的控制效果，即不影响协同变桨控制的功能。但采用独立变桨增加了变桨动作幅值和速率，且增加的变桨速率较多，这就会加剧变桨轴承和变桨减速机的磨损，增加变桨电机的发热。

图7-27 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）频域比较分析

图7-27 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）频域比较分析（续）

图7-27 独立变桨控制（IPC）和协同变桨控制（CPC）频域比较分析（续）