風電機組葉尖凈空分析與控制

王文亮，張國強，李璇燁

(1.國電聯合動力技術有限公司，北京 100039；2.風電設備及控制國家重點實驗室，北京 100039)

0 引 言

隨著技術的發展成熟以及對制造成本的要求，風電機組單機容量不斷增大，風輪直徑越來越長。目前陸上風電機組單支葉片長度已經達到80 m，海上機組甚至超過了100 m。葉片逐步大型化勢必會帶來重量的增加和載荷的變大，考慮制造成本等多方面因素，目前常用的解決方法是將葉片設計越來越柔軟。

葉尖凈空是指風電機組葉片在運行過程中葉尖到塔筒表面的幾何距離，在葉片經過塔筒附近時此距離達到最小，最小凈空距離是目前風電機組設計過程中的考慮的主要極限之一[1]。葉片柔性的增加勢必帶來變形的增加，給葉尖凈空帶來不利影響。在機組運行過程中，若葉尖凈空值太小，極可能發生葉片掃塔現象，造成葉片結構損壞，嚴重時可能引起倒塔事故，造成重大人身財產安全。文獻[2]采用獨立變槳的方式，提高葉尖凈空的同時，降低了關鍵零部件的疲勞載荷。文獻[3]通過在未達到額定風速時提前變槳的控制方法，減小了機組推力，增大了最小凈空距離，算法簡單但對發電量有一定的影響。文獻[4]通過凈空傳感器裝置，監測可能發生掃塔的葉尖凈空，采用模糊邏輯控制器實現了最小凈空的控制。

本文基于風輪的空氣動力學特性，分析了影響葉尖凈空的因素，提出了一種基于凈空距離監測反饋的控制算法，并對仿真結果進行了分析。……