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基于极点配置方法的风力发电机组的稳定性控制

王建国  
【摘要】: 近年来风电技术发展迅速,风力发电机组的容量越来越大,风电机组的振动问题越来越显著,风力发电机组的振动控制也成为人们研究的热点。在风电机组的振动控制中,风力发电机组的结构模型及模态频率计算占有重要地位。 本文总结了结构振动分析及控制的状态空间方法和模态坐标系下结构振动分析及控制的状态空间方法,阐述了单输入单输出系统和多输入多输出系统的极点配置法,振动系统状态空间的可控性与可观性分析和反馈控制系统的可控性与可观性理论。 从风力发电机组的机械结构出发,采用子结构法与多体动力学结合的方法对风力发电机组建模,以2节点12自由度的有限单元对叶片和塔筒进行离散;分别建立了各部件的模型,然后用子结构法把机舱、塔架、风轮转子结合成一个整体,建立了整个风电机组的结构模型。然后用sut-1000风电机组的数据进行仿真,并进行了模态频率计算。 对风电机组的结构动力学方程组进行模态正交化处理,然后进行模态截断缩减系统运动方程自由度,实现系统方程的降阶。进一步建立了风电机组模态空间中的状态方程,然后利用matlab软件进行极点配置,并给出极点配置时各作动器的具体反馈力的计算方法。 输出了系统配置前后的bode图,结果显示配置后系统的辐频响应和相频响应在原极点附近都得到了很好改善;对风电机组的极点配置前后的振动进行仿真计算,比较了塔顶前后振动和侧向振动位移,并分析了它们对应的一阶模态振动和二阶模态振动对它们各自的影响,结果表明:配置后系统的振动得到了很好抑制。


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