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具有尾缘襟翼的风力机动力学建模与恒功率控制

张臻 卢经纬 梁宇坤

张臻, 卢经纬, 梁宇坤等 . 具有尾缘襟翼的风力机动力学建模与恒功率控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(3): 464-471. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0199
引用本文: 张臻, 卢经纬, 梁宇坤等 . 具有尾缘襟翼的风力机动力学建模与恒功率控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(3): 464-471. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0199
ZHANG Zhen, LU Jingwei, LIANG Yukunet al. Dynamic modeling and constant power control of wind turbines with trailing-edge flaps[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(3): 464-471. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0199(in Chinese)
Citation: ZHANG Zhen, LU Jingwei, LIANG Yukunet al. Dynamic modeling and constant power control of wind turbines with trailing-edge flaps[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(3): 464-471. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0199(in Chinese)

具有尾缘襟翼的风力机动力学建模与恒功率控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0199
基金项目: 

国家自然科学基金 61433011

国家自然科学基金 51575544

详细信息
    作者简介:

    张臻, 男, 博士, 讲师。主要研究方向:智能结构控制与应用、风力机气动建模与控制

    卢经纬, 男, 硕士研究生。主要研究方向:风力机气动建模与控制

    梁宇坤, 男, 硕士。主要研究方向:风力机降载控制

    通讯作者:

    张臻, E-mail:zhangzhen@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TM315;TP273

Dynamic modeling and constant power control of wind turbines with trailing-edge flaps

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61433011

National Natural Science Foundation of China 51575544

More Information
  • 摘要:

    具有尾缘襟翼的风力机在大型风力机领域具有广阔的应用前景。在具有可变尾缘襟翼的智能风力机中,通过控制襟翼偏转角可以调节风力机叶片的气动特性,可达到控制风电系统输出的目的。采用叶素动量方法建立了具有尾缘襟翼的风力机气动模型,在此基础上建立了智能风电系统的非线性动力学模型。基于动态逆方法对非线性系统进行线性化,采用H状态反馈方法设计了反馈控制器。针对12~16m/s的阶跃风况和基于四分量模型所建立的实际风况进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的控制系统能有效控制风电系统的输出功率。

     

  • 图 1  BEM中使用的形状像环形单元的控制体积

    Figure 1.  Control volume shaped as an annular element used in BEM model

    图 2  升力系数和升阻比随迎角的变化

    Figure 2.  Variation of lift coefficient and lift-drag ratio with angle of attack

    图 3  功率系数随叶尖速比和襟翼偏转角的变化

    Figure 3.  Variation of power coefficient with tip speed ratio and flap deflection angle

    图 4  风电系统的变襟翼控制框图

    Figure 4.  Control block diagram of variable flap of wind power system

    图 5  12~16 m/s阶跃风下风力发电系统响应

    Figure 5.  Response of wind power system with 12-16 m/s step wind

    图 6  实际风下风力发电系统响应

    Figure 6.  Response of wind power system with actual wind

  • [1] 贺德馨.中国风能发展战略研究[J].中国工程科学, 2011, 13(6):95-100. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCKX201106016.htm

    HE D X.Research on China's wind energy development strategy[J].Engineering Sciences, 2011, 13(6):95-100(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCKX201106016.htm
    [2] 高峰, 徐大平, 吕跃刚.大型风力机组的前馈模糊-PI变桨距控制[J].动力工程, 2008, 28(4):537-542. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DONG200804008.htm

    GAO F, XU D P, LU Y G.Feed forward fuzzy-PI pitch-control for large-scale wind turbines[J].Journal of Power Engineering, 2008, 28(4):537-542(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DONG200804008.htm
    [3] MALCOLM D J, HANSEN A C.WindPACT turbine rotor design study[R].Golden:National Renewable Energy Laboratory, 2002.
    [4] VAN WINGERDEN J, HULSKAMP A, BARLAS T, et al.Two-degree-freedom active vibration control of a propotyped "smart" rotor[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2011, 19(2):284-296. doi: 10.1109/TCST.2010.2051810
    [5] 余畏. 基于柔性尾缘襟翼的大型风力机叶片载荷智能控制研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2013.

    YU W.Investigation on smart load control for a large-scale wind turbines using deformable trailing edge flap[D].Beijing:University of Chinese Academy of Sciences, 2013(in Chinese).
    [6] BARLAS T K, VAN KUIK G A M. Review of state of the art in smart rotor control research for wind turbines[J].Progress in Aerospace Sciences, 2010, 46(1):1-27. doi: 10.1016/j.paerosci.2009.08.002
    [7] 邱静, 王国志, 刘恒龙, 等.基于BEM理论的小型风机叶片设计与分析[J].液压气动与密封, 2011, 31(6):71-74. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQD201106023.htm

    QIU J, WANG G Z, LIU H L, et al.The research on small scale wind turbine blade based on BEM theory[J].Hydraulics Pneumatics & Seals, 2011, 31(6):71-74(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQD201106023.htm
    [8] 刘雄, 张宪民, 陈严, 等.基于动态入流理论的水平轴风力机动态气动载荷计算模型[J].太阳能学报, 2009, 30(4):412-419. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TYLX200904004.htm

    LIU X, ZHANG X M, CHEN Y, et al.Trasient aerodynamic load prediction model for horizontal axis wind turbines based on dynamic inflow theory[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2009, 30(4):412-419(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TYLX200904004.htm
    [9] 张师帅, 罗亮, 李伟华.基于CFD分析的空调用贯流风机的性能预测[J].流体机械, 2008, 36(5):18-20. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LTJX200805006.htm

    ZHANG S S, LUO L, LI W H.Research on perform ance prediction of the cross-flow fans for air conditioning[J].Fluid Machinery, 2008, 36(5):18-20(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LTJX200805006.htm
    [10] 郭鹏.模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制[J].中国电机工程学报, 2010, 30(8):123-128. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201008020.htm

    GUO P.Variable pitch control of wind turbine generator combined with fuzzy feed forward and fuzzy PID controller[J].Proceedings of the CSEE, 2010, 30(8):123-128(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201008020.htm
    [11] 郑黎明, 林宇, 陈严, 等.大型风力机恒功率桨距非线性PID控制方法研究[J].太阳能学报, 2012, 33(5):727-731. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TYLX201205003.htm

    ZHENG L M, LIN Y, CHEN Y, et al.Research on blade pitch nonlinear PID control for a large-scale wind turbine under constant power[J].Acta Energiae Solaris Sinica, 2012, 33(5):727-731(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TYLX201205003.htm
    [12] 张先勇, 吴捷, 杨金明, 等.额定风速以上风力发电机组的恒功率H鲁棒控制[J].控制理论与应用, 2008, 25(2):321-324. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KZLY200802027.htm

    ZHANG X Y, WU J, YANG J M, et al.H-infinity robust control of constant power output for the wind energy conversion system above rated wind[J]. Control Theory & Applications, 2008, 25(2):321-324(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KZLY200802027.htm
    [13] 秦生升, 胡国文, 顾春雷, 等.风力发电系统的恒功率非线性H鲁棒控制[J].控制理论与应用, 2012, 29(5):617-622. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KZLY201205011.htm

    QIN S S, HU G W, GU C L, et al.Nonlinear H-infinity robust control of constant power for wind power system[J].Control Theory & Applications, 2012, 29(5):617-622(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KZLY201205011.htm
    [14] HANSEN M O L.Aerodynamics of wind turbines[M].London:Earthscan, 2008.
    [15] TROLDBORG N.Computational study of the RisφB1-18 airfoil with a hinged flap providing variable trailing edge geometry[J].Wind Engineering, 2005, 29(2):89-113. doi: 10.1260/0309524054797159
    [16] TROLDBORG N.Computational study of the RisφB1-18 airfoil equipped with actively controlled trailing edge flaps[D].Copenhagen:Technical University of Denmark, 2004.
    [17] BAK C, GAUNAA M, ANDERSEN P B, et al. Wind tunnel test on wind turbine airfoil with adaptive trailing edge geometry:AIAA-2007-1016[R].Reston:AIAA, 2007.
    [18] 段富海, 韩崇昭.动态逆方法和微分几何反馈线性化方法的对[J].自动化与仪器仪表, 2002(3):4-5. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDYY200203001.htm

    DUAN F H, HAN C Z.Comparison between the dynamic inversion and the differential geometric feedback linearization[J].Automation and Instrumentation, 2002(3):4-5(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDYY200203001.htm
    [19] 俞立.线性矩阵不等式处理方法[M].北京:清华大学出版社, 2002:41-67.

    YU L.Robust control based on linear matrix inequalities approach[M].Beijing:Tsinghua University Press, 2002:41-67(in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-14
  • 录用日期:  2016-06-12
  • 网络出版日期:  2017-03-20

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