王湘明， 任樹平

(沈陽工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 沈陽 110870)

風(fēng)電機(jī)組Ⅱ區(qū)功率與葉片氣動(dòng)載荷協(xié)同控制*

王湘明， 任樹平

(沈陽工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 沈陽 110870)

為了研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低于額定功率時(shí)的最大風(fēng)能捕獲以及葉片的氣動(dòng)載荷，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在整個(gè)生命周期內(nèi)高效穩(wěn)定地運(yùn)行，提出了一種功率與載荷的協(xié)同控制方法，通過過渡區(qū)預(yù)變槳的方式控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率與葉片氣動(dòng)載荷.采用所提出的功率與載荷協(xié)同控制策略在Matlab軟件上搭建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的仿真模型，計(jì)算得出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率和葉片氣動(dòng)載荷的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，協(xié)同控制策略能夠在低于額定風(fēng)速區(qū)域保持功率基本不變的情況下有效減小葉片的氣動(dòng)載荷，由此證明了所提出的協(xié)同控制策略的可行性.

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組； 風(fēng)功率； 最大功率追蹤； 最佳葉尖速比； 葉片； 氣動(dòng)載荷； 協(xié)同控制； 柔性變槳

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)化石燃料的消耗不僅導(dǎo)致了化石能源的迅速枯竭，同時(shí)因大量使用化石能源致使全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重.面對(duì)不可生能源有限的問題，人們利用科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展可再生能源.風(fēng)能在很長一段時(shí)間內(nèi)被人們利用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在近幾年已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用與推廣，世界各國都在大力推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的步伐.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量也在逐年遞增，從原先的千瓦級(jí)已近擴(kuò)充到兆瓦級(jí)，并且容量還在攀升，然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)復(fù)雜的、多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)想要在獲得最大風(fēng)功率的同時(shí)減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片所受的載荷，這對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和使用壽命有嚴(yán)格要求[1-6].

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，為了獲得更多的風(fēng)能，一般采用定槳距的方式，運(yùn)用最大風(fēng)能捕獲原理來達(dá)到最大功率輸出.文獻(xiàn)[7]中列舉了目前常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲的方法，但是沒有提到在獲取風(fēng)能的同時(shí)對(duì)葉片氣動(dòng)載荷的控制；文獻(xiàn)[8]中提出了一種涉及疲勞載荷的風(fēng)功率追蹤，卻沒有正真在后續(xù)仿真中提及葉片載荷；文獻(xiàn)[9]中對(duì)葉片的載荷進(jìn)行了詳細(xì)分析及計(jì)算，但都是面向于額定風(fēng)速以上及極限條件的載荷問題.本文主要針對(duì)傳統(tǒng)變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在Ⅱ區(qū)時(shí)的最大功率獲取以及葉片的載荷問題進(jìn)行研究，提出了一種額定風(fēng)速以下柔性變槳控制策略，改變了傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下依靠單一的調(diào)節(jié)電機(jī)功率來控制轉(zhuǎn)速的方式，保證了在獲取最大風(fēng)功率的同時(shí)緩解葉片的瞬態(tài)載荷.應(yīng)用Matlab仿真平臺(tái)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用所提出的控制策略進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了本策略的有效性和真實(shí)性.

1 最大風(fēng)能捕獲

根據(jù)動(dòng)能等效原理可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功率為

(1)

式中：ρ為空氣密度；S為風(fēng)力機(jī)槳葉掃掠面積；Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，又稱功率系數(shù)；v為風(fēng)速.

在來流風(fēng)速v已定的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的輸入機(jī)械功率只取決于風(fēng)能利用系數(shù)Cp，而Cp又是葉尖速比λ和槳葉槳距角β的函數(shù)，具體表達(dá)式[10-11]為

(2)

葉尖速比λ是風(fēng)輪葉尖的線速度與風(fēng)速之比，即

(3)

式中：ω為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械角速度；R為葉片半徑.

結(jié)合式(1)和(2)可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率與風(fēng)能利用系數(shù)Cp、風(fēng)速v的三次方以及風(fēng)輪的掃輪面積成正比.

將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉尖速比和槳距角范圍設(shè)定為[0，20]和[0°，20°]，取葉尖速比λ和槳距角β每一步的步長為0.5，利用式(2)可得出理想風(fēng)能利用系數(shù)Cp與葉尖速比λ以及槳距角β的關(guān)系如圖1所示.

圖1 理想風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比、槳距角關(guān)系曲線Fig.1 Curves of ideal wind power coefficient， tip speed ratio and pitch angle

從圖1中可以看出，在不同葉尖速比及槳距角下的風(fēng)能利用系數(shù)是不同的.當(dāng)槳距角固定時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比成拋物線關(guān)系，每一條曲線上都有一個(gè)最大風(fēng)能利用系數(shù).將圖1中每條曲線對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)能利用系數(shù)提出來制成表1.從表1中可以清楚看到，當(dāng)風(fēng)速v和槳距角β都固定在某一值時(shí)，則存在一個(gè)最佳葉尖速比λopt，使得風(fēng)能利用系數(shù)Cp的值最大，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得氣動(dòng)功率最大.根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以看出，槳距角在0～20°之間變化時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)所對(duì)應(yīng)的葉尖速比λ主要在4～7.5之間變化.

表1 最大風(fēng)能利用系數(shù)對(duì)應(yīng)的葉尖速比和槳距角Tab.1 Tip speed ratio and pitch angle corresponding to maximum wind power coefficient

采用最佳葉尖速比法作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低于額定風(fēng)速時(shí)最大風(fēng)功率捕獲方法，依據(jù)給出的最佳葉尖速比，通過電機(jī)控制器調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)沿著圖2所示的功率曲線Popt運(yùn)行.圖中的功率曲線依次代表的是風(fēng)速從v1～v7變化的功率曲線，其中風(fēng)速從v1到v7是一個(gè)逐漸增大的過程，且沒有超出額定風(fēng)速的范圍[12].

圖2 最佳功率曲線追蹤Fig.2 Optimal power curve tracking

2 葉片載荷

葉片的載荷是指葉片所受的力與力矩的總和.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過葉片轉(zhuǎn)化風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，它是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的重要組成部分.本文主要研究的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在Ⅱ區(qū)時(shí)的氣動(dòng)載荷情況，通過實(shí)驗(yàn)研究緩解該區(qū)葉片的氣動(dòng)載荷，延長使用壽命.文中將空氣動(dòng)力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法用于建立葉片載荷計(jì)算模型，并結(jié)合變槳距控制基本理論研究葉片的氣動(dòng)載荷.常見的氣動(dòng)載荷主要包括：葉片的軸向力載荷、切向力載荷、擺振載荷及揮舞載荷[12-14]，其表達(dá)式為

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：Qxb為軸向剪力載荷；Qyb為切向剪力載荷；Mxb為繞主軸中心的轉(zhuǎn)矩，即擺振載荷；Myb為葉片揮舞方向的彎矩，即揮舞載荷；ri為輪轂的半徑；W為相對(duì)分速；c為葉片某一半徑處的弦長；Cn為法向力系數(shù)；Ct為切向力系數(shù).

在以上四個(gè)載荷的計(jì)算中，首先需要計(jì)算出合成風(fēng)速，它是來流風(fēng)速和風(fēng)輪切向風(fēng)速的合成.此外，還需要計(jì)算Cn、Ct，其中參數(shù)的具體計(jì)算參考文獻(xiàn)[15]中的方法.

3 Ⅱ 區(qū)功率與葉片氣動(dòng)載荷的協(xié)同控制

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在Ⅱ區(qū)的功率獲取與控制一直是研究功率問題的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，對(duì)于長時(shí)間處于Ⅱ區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片來說會(huì)有非常大的損耗，因此，如何在Ⅱ區(qū)功率保證的情況下控制葉片的氣動(dòng)載荷至關(guān)重要.

3.1 傳統(tǒng)變速變槳控制策略

圖3 變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略Fig.3 Control strategy for wind turbine with variable speed and variable pitch

在低風(fēng)速區(qū)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從切入風(fēng)速為vin的A點(diǎn)到沿著最大功率曲線(Cpmax)一直運(yùn)行到風(fēng)速為vωN的B點(diǎn)，此區(qū)間稱為最大功率追蹤區(qū).由于在B點(diǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了其上限值ωN，當(dāng)風(fēng)速從vωN上升到vN時(shí)，轉(zhuǎn)速將恒定在ωN，提升發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)到其額定功率.在圖3中為BC段，此段也稱為恒轉(zhuǎn)速區(qū)，在該區(qū)間一般保持槳距角為零度不變.當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速vN時(shí)，變槳距系統(tǒng)將開始工作，通過改變槳距角保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的恒定，使風(fēng)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行在C點(diǎn)，直到風(fēng)速超過切出風(fēng)速vout，此區(qū)間稱為恒功率區(qū).在此需要注意的是：若最大功率PN曲線與Cpmax曲線的相交點(diǎn)在額定轉(zhuǎn)速極限值左側(cè)，就會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組在未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，已進(jìn)入失速狀態(tài)，相應(yīng)的AB區(qū)間將被縮小，這時(shí)就需對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組額定點(diǎn)進(jìn)行重新選取.

從圖3可以看出，3個(gè)區(qū)間工作點(diǎn)的劃分非常明顯，在AB段一般保持槳距角不變，通過調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來控制葉尖速比，使風(fēng)功率在某一拋物線上達(dá)到最大值；BC段通過增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來使風(fēng)功率達(dá)到額定值；CD段通過改變槳距角來控制所獲得功率以及保證機(jī)組的安全.

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在整個(gè)生命周期中會(huì)有較長的時(shí)間處在額定功率以下的狀態(tài)，當(dāng)遇到風(fēng)速劇烈波動(dòng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不但會(huì)產(chǎn)生較大的功率變化，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)在葉片上產(chǎn)生較強(qiáng)的瞬態(tài)載荷.低風(fēng)速時(shí)由于固定槳距角不變，長時(shí)間處在這種狀態(tài)下會(huì)增加機(jī)組葉片的疲勞載荷，增加維修成本，縮短機(jī)組的使用壽命.為了更好地控制氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小疲勞載荷，保證機(jī)組安全，需要改進(jìn)傳統(tǒng)的控制策略.

3.2 改進(jìn)控制策略

改進(jìn)的變速變槳距控制策略結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示.

圖4 改進(jìn)的槳距角控制策略Fig.4 Improved control strategy for pitch angle

由圖4可以看出，在槳距角控制中引入了風(fēng)速，即對(duì)變槳控制系統(tǒng)做了一個(gè)線性化處理，當(dāng)風(fēng)速在較小的范圍內(nèi)變化時(shí)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速對(duì)槳距角做一個(gè)微小調(diào)節(jié)，這個(gè)調(diào)節(jié)是無法通過電機(jī)功率反饋調(diào)節(jié)的；當(dāng)風(fēng)速變化范圍較大時(shí)，依靠電機(jī)功率反饋來調(diào)節(jié)槳距角具有一定的滯后性，槳距角的變化不能跟隨風(fēng)速實(shí)時(shí)變化，加入線性化風(fēng)速后，槳距角隨風(fēng)速變化會(huì)存在一個(gè)理論的匹配值，當(dāng)風(fēng)速不斷變化時(shí)，可以根據(jù)槳距角的變化來調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁狀態(tài)，使得不同風(fēng)速條件下獲得最佳葉尖速比控制，保證風(fēng)功率最大.此外，也可以在電機(jī)功率反饋的基礎(chǔ)上依據(jù)風(fēng)速變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)槳距角變化，確保葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的載荷沖擊最小.通過疊加的槳距角控制可以更好地得到功率和載荷的變化，以達(dá)到功率與載荷協(xié)同控制的目的.改進(jìn)后的變速變槳距控制策略如圖3中曲線AEF所示，而在實(shí)際控制中，采用的是一個(gè)過渡區(qū)柔性變槳，變槳曲線如圖5所示.

圖5 改進(jìn)的槳距角曲線Fig.5 Improved pitch angle curve

曲線amb為傳統(tǒng)變槳方式，曲線nmb為改進(jìn)變槳方式.改進(jìn)策略與基本策略的最大區(qū)別之處在于：在風(fēng)速未到達(dá)額定時(shí)，添加一個(gè)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)出現(xiàn)的位置是以風(fēng)速v1開始，風(fēng)速v2結(jié)束，相應(yīng)的槳距角控制方式也發(fā)生了改變.在低風(fēng)速區(qū)，控制策略基本不變，葉片承受動(dòng)態(tài)載荷較小，因此只需沿著最大功率系數(shù)Cp運(yùn)行即可.但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到v1時(shí)進(jìn)入緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)，轉(zhuǎn)速將以更小的斜率隨風(fēng)速的增加而增加.為了提高工作點(diǎn)的控制力，槳距角也隨著風(fēng)速的增加而緩慢線性增加，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到v2時(shí)，過渡區(qū)結(jié)束.由圖5可以看出v1

4 協(xié)同控制仿真及其結(jié)果分析

本文研究對(duì)象為三葉片上風(fēng)向變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定功率為200 kW，額定風(fēng)速為12.5 m/s，風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速為48 rad/min，切入和切出風(fēng)速分別為3.5 m/s和25 m/s，風(fēng)輪直徑為27.55 m.風(fēng)速采用了隨機(jī)函數(shù)按照1 s變化的隨機(jī)風(fēng)，最大風(fēng)速12 m/s，最小風(fēng)速3 m/s，隨機(jī)風(fēng)速仿真曲線如圖6所示.

圖6 隨機(jī)風(fēng)速仿真曲線Fig.6 Simulation curves at random wind speed

采用Matlab/Simulink模塊搭建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，對(duì)傳統(tǒng)變槳距控制策略和改進(jìn)的控制策略進(jìn)行仿真.結(jié)合200 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的數(shù)據(jù)，采用Matlab編程對(duì)改進(jìn)前后的葉片氣動(dòng)載荷進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真圖如圖7所示.(實(shí)線代表傳統(tǒng)控制方式下功率和載荷曲線，虛線代表改進(jìn)控制方式下的功率和載荷曲線.圖8～11同.)

風(fēng)速隨時(shí)間瞬時(shí)變化過程中，風(fēng)功率也隨著變化，但是可以明顯看出，改進(jìn)后的風(fēng)功率與改進(jìn)之前相比略有減小，但基本維持不變.采用仿真圖6中不斷變化的風(fēng)速，在Matlab軟件中計(jì)算通葉片沿徑向受到的氣動(dòng)載荷，具體結(jié)果如圖8～11所示.

圖7 改進(jìn)前后的風(fēng)功率仿真圖Fig.7 Simulation of wind power before and after improvement

圖8 改進(jìn)前后葉片軸向剪力仿真圖Fig.8 Simulation of axial shear of blades before and after improvement

圖10 改進(jìn)前后葉片軸向擺振載荷仿真圖Fig.10 Simulation of axial shimmy load of blades before and after improvement

圖11 改進(jìn)前后葉片切向揮舞載荷仿真圖Fig.11 Simulation of tangential wave load of blades before and after improvement

過仿真圖可以清楚看到，圖7中改進(jìn)后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)功率略有減小，采用算數(shù)求均差方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)策略減小的風(fēng)功率占改進(jìn)前平均風(fēng)功率的0.2%，這與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率略有減小相吻合；圖8中作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片上的軸向剪力與改進(jìn)前相比有所減小，采用求均差方法計(jì)算得出軸向剪力減小的平均值為81.10 N，與改進(jìn)前軸向剪力均值相比減小14.28%；圖9中切向剪力減小的均差值為23.43 N，與改進(jìn)前切向剪力均值相比減小21.02%；圖10中擺振載荷與改進(jìn)前相比也在減小，其中擺振載荷減小的均差值為40.38 N·m，與改進(jìn)前擺振載荷均值相比減小8.79%；圖11中揮舞載荷減小的均差值為233.84 N·m，與改進(jìn)前切向揮舞載荷均值相比減小8.32%.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與改進(jìn)策略的結(jié)果保持一致，證明了控制策略的有效性.

5 結(jié) 論

本文從功率與載荷協(xié)同控制的角度出發(fā)，提了一種過渡區(qū)域槳距角控制策略，能夠在額定風(fēng)速以下實(shí)行柔性變槳，減小葉片瞬間載荷的同時(shí)保證額定風(fēng)速以下功率基本不變.該方法可以消除風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率點(diǎn)附近運(yùn)行時(shí)，由于瞬間變化所造成的功率波動(dòng)及突變載荷等不利影響.

通過對(duì)所提出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率與載荷協(xié)同控制策略的仿真結(jié)果可以看出，改進(jìn)后的控制策略能夠很好地緩解葉片受氣動(dòng)力作用所產(chǎn)生的軸向力和擺振載荷，并且切向力和揮舞載荷變化幅度不大，同時(shí)也能基本保證風(fēng)功率穩(wěn)定不變，證明了方案的有效性和可行性.

[1]Muyeen S M，Takah A，Mura T，et al.Avariable speed wind turbine control strategy to meet wind farm grid code requirements [J].IEEE Transon Power Systems，2010，25(1)：331-340.

[2]李慧蘭.我國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及其前景展望 [J].科學(xué)之友，2013(11)：111-113.

(LI Hui-lan.Present situation and prospect of wind development in China [J].Friend of Science Amateurs，2013(11)：111-113.)

[3]Lin W M，Hong C M.Intelligent approach to maxi-mum power point tracking control strategy for variable-speed wind turbine generation system [J].Energy，2010，35(6)：2440-2447.

[4]Luo C L，Banaka R H，Shen B K，et al.Strategies to smooth wind power fluctuations of wind turbine gene-rator [J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2007，22(2)：341-349.

[5]田友飛，李嘯驄，徐俊華.變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲非線性控制策略 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(11)：27-33.

(TIAN You-fei，LI Xiao-cong，XU Jun-hua.VSCF doubly fed wind turbine maximum wind energy capture nonlinear control strategy [J].Automation of Electric Power Systems，2011，35(11)：27-33.)

[6]李陽，李華強(qiáng)，肖先勇.風(fēng)特性對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率的影響 [J].可再生能源，2012，30(5)：34-38.

(LI Yang，LI Hua-qiang，XIAO Xian-yong.The impact of wind characteristic on the wind turbine generator [J].Renewable Energy Resources，2012，30(5)：34-38.)

[7]程尹曼，汪明媚，王映斐.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點(diǎn)跟蹤方法綜 [J].華東電力，2010，38(8)：1393-1398.

(CHEN Yin-man，WANG Ming-mei，WANG Ying-fei.Methods of maximum power point tracking of wind energy conversion system [J].East China Electric Power，2010，38(8)：1393-1398.)

[8]劉軍，何玉林，李俊.變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略改進(jìn)與仿真 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(5)：82-86.

(LIU Jun，HE Yu-lin，LI Jun.Variable speed wind turbine pitch control strategies improvement and simulation [J].Automation of Electric Power Systems，2011，35(5)：82-86.)

[9]Deng Y，Jiang Y J.Extreme loads calculate and secu-rity analysis of wind turbine variable pitch actuator [C]//IEEE Renewable Power Generation Conference.Beijing，China，2013：1-5.

[10]馬衛(wèi)東.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大功率追蹤 [J].高壓電器，2012，48(7)：58-61.

(MA Wei-dong.Wind turbine maximum power point tracking [J].High Voltage Apparatus，2012，48(7)：58-61.)

[11]張鳳，閻秀恪，蘭宏光，等.基于滑?？刂频娘L(fēng)機(jī)最大風(fēng)能追蹤 [J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36(6)：625-630.

(ZHANG Feng，YAN Xiu-ke，LAN Hong-guang，et al.Maximum power point tracking of wind turbine based on sliding model control [J].Journal of Shen-yang University of Technology，2014，36(6)：625-630.)

[12]Tsai M F，Tseng C S，Hung Y H.A novel MPPT control design for wind-turbine generation systems using neural network compensator [C]//IEEE IECON 38th Annual Conference.Montreal，Canada，2012：3521-3526.

[13]張少帥，王章琦.風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)載荷分析和獨(dú)立變槳控制技術(shù)研究 [D].保定：華北電力大學(xué)，2013.

(ZHANG Shao-shuai，WANG Zhang-qi.Wind turbine aerodynamic load analysis and independent variable propeller control technology research [D].Baoding：North China Electric Power University，2013.)

[14]高龍，王維慶.水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的載荷計(jì)算與模態(tài)分析 [D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2014.

(GAO Long，WANG Wei-qing.Horizontal axis wind turbine blade load calculation and the model analysis [D].Urumchi：Xinjiang University，2014.)

[15]Martin O L，Hansen M.Aerodynamics of wind turbines [M].London：Earthscan，2008：2-65.

(責(zé)任編輯：景 勇 英文審校：尹淑英)

Cooperative control for Ⅱdistrict power of wind turbine and aerodynamic load of blades

WANG Xiang-ming, REN Shu-ping

(School of Information Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)

In order to study the maximum wind power capture of wind turbine and the aerodynamic load of blades below the rated power and make the wind turbine run efficiently and stably in whole life cycle, a cooperative control method for both power and load was proposed. Through adopting the pre-pitch strategy in the transition zone, the aerodynamic load of blades and the power of wind turbine were controlled. Through adopting the proposed power and load cooperative strategy, a simulation model for the wind turbine was established with Matlab software, and the data for the power of wind turbine and the aerodynamic load of blades were calculated. The results show that the cooperative control strategy can effectively reduce the aerodynamic load of blades under the condition of keeping the power basically unchanged in the districts below the rated power. Therefore, the feasibility of the proposed cooperative control strategy is proved.

wind turbine; wind power; maximum power tracking; optimal tip speed ratio; blade; aerodynamic load; cooperative control; flexible pitch

2016-01-06.

科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(13C26212101002).

王湘明(1963-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，副教授，碩士，主要從事風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)、電機(jī)控制等方面的研究.

14∶01在中國知網(wǎng)優(yōu)先數(shù)字出版.

http：∥www.cnki.net/kcms/detail/21.1189.T.20160512.1401.034.html

10.7688/j.issn.1000-1646.2017.01.02

TM 315

A

1000-1646(2017)01-0006-06