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1、1.各位老師,上午好!2.我的論文題目是……,主要分以下幾個方面介紹。3.我國早期風電開發(fā)主要集中在東北、西北、華北等高風速風資源區(qū),由于這些地區(qū)用電負荷較小、遠離負荷中心,導致嚴重的棄風限電現(xiàn)象。由于低風速區(qū)占地面積更廣,且主要分布在東部及南部等負荷中心區(qū)域,因而,發(fā)展低風速風電對解決風電消納問題、實現(xiàn)風電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。4.對于一臺給定的風力機,其風能捕獲效率會隨風速與風輪轉(zhuǎn)速之間的比值、即葉尖速比的變化而變化。只有當風力機運行在最優(yōu)葉尖速比時,風力機才以最大風能利用系數(shù)捕獲風能。這是風力機最大功率點跟蹤的基本原理。也是控制目標。5.
2、但是,由于風輪轉(zhuǎn)動慣量的存在,風輪轉(zhuǎn)速難以實時跟蹤風速的變換,導致風力機常運行在跟蹤最優(yōu)葉尖速比的過程中、而非最優(yōu)葉尖速比處。這意味著風力機常常以較低的風能利用系數(shù)來捕獲風能,導致跟蹤損失。6.而且,這一跟蹤損失問題在低風速風力機上會更加嚴重。低風速區(qū)風速幅值小、湍流大、波動快的特性以及由低風速導致的風力機尺寸大幅增加,進一步加劇了風速快波動性與風力機慢動態(tài)特性之間的固有矛盾,從而給風力機的跟蹤控制及風能捕獲帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。7.傳統(tǒng)的風力機設計大多遵循著本體(氣動外形和支撐結(jié)構(gòu))設計在前、控制器設計在后的分離、順序設計流程。其中,氣動設計重點關(guān)注風力
3、機在處的氣動效率提升;結(jié)構(gòu)設計在保證風力機結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求的前提下,降低制造成本;控制器設計則關(guān)注最大功率點跟蹤的實現(xiàn),使風力機保持運行在。依照這樣一種分離設計的思想,前面提到的低風速風力機因跟蹤不上風速、無法保持運行在而導致的跟蹤損失問題,應主要由MPPT控制器的設計優(yōu)化來解決。8.但是,優(yōu)化控制器以解決低風速風力機跟蹤不上風速的潛力發(fā)掘基本飽和。這主要是因為:(1)僅控制器改進這一單方面的努力,不能充分發(fā)掘緩解風速快速波動與風力機慢動態(tài)特性固有矛盾的潛力,所能獲得的閉環(huán)性能提升有限。僅控制改進所能獲得的效率提升平均在1%左右。(2)
4、由于發(fā)電機這一風速跟蹤控制的執(zhí)行機構(gòu)的額定功率、額定轉(zhuǎn)矩和風力機載荷的共同約束,過于激進的風速跟蹤控制會增大風力機的疲勞載荷、降低運行壽命。這也限制了通過控制改進所能提升的效率的幅度。(3)正是意識到風力機慢動態(tài)特性與風速快速波動之間的固有矛盾,部分文獻采取犧牲局部效率換取整體性能的思路,而這也體現(xiàn)出僅控制器優(yōu)化已很難大幅提高MPPT性能。9.依照氣動與控制分離設計的思想,除了主要通過控制器的優(yōu)化改進外,還可通過氣動設計優(yōu)化來提升風能捕獲效率。但是,沿用傳統(tǒng)氣動設計目標有可能進一步加劇低風速風機的跟蹤損失。這是因為,由于氣動與控制的分離設計,氣動設計
5、師在氣動設計過程中往往隱含假設MPPT控制可以保證風力機始終運行于,進而以處的氣動性能最佳為設計目標。這種僅追求單一工況點氣動性能提升的優(yōu)化方法,會導致優(yōu)化葉片對應的CP-λ曲線頂端較陡。由于低風速風力機所處的運行風況特點及自身結(jié)構(gòu)特性導致其更長時間運行在非最優(yōu)葉尖速比,尖而窄的CP-λ曲線將進一步加劇其跟蹤損失、大幅降低風能捕獲效率。已經(jīng)有氣動設計開始考慮風力機的轉(zhuǎn)速控制性能。例如,針對定速風力機,以不同風速下風力機輸出功率的加權(quán)和為目標函數(shù)的氣動設計方法;針對風力機翼型,以多個攻角下翼型升阻比的加權(quán)和為目標函數(shù)的多攻角設計方法。本質(zhì)上,風力機氣動
6、設計將目標函數(shù)從傳統(tǒng)的單一工況轉(zhuǎn)變到多工況氣動性能的做法,本身已經(jīng)隱含了氣動設計對控制動態(tài)的考慮。10.可見,沿用分離設計思想在許多方面不利于進一步解決低風速風力機的跟蹤損失問題。由于風力機的某些本體參數(shù)能夠影響控制性能,而且受到考慮風力機控制的氣動設計的啟發(fā),利用風力機本體參數(shù)與MPPT控制之間的協(xié)同效應,開展風力機本體參數(shù)與跟蹤控制的一體化設計,應是進一步有效提升低風速風力機風能捕獲效率的一條可行途徑。11.但是,在一體化設計過程中,風力機本體參數(shù)的調(diào)整必須滿足所在學科領域的工程要求,且在實際的設計/制造標準中的可調(diào)自由度不大。同時,多考慮一個本
7、體參數(shù),將增加一體化設計中優(yōu)化分析與計算的復雜度。如果將所有本體參數(shù)都與控制器進行一體化設計。即使這樣的一體化設計在理論上是可行的,但僅為效率提升而全面改動風力機本體設計的代價也是難以接受的。因此,尋找敏感影響風速跟蹤控制性能的本體參數(shù)不僅十分必要,而且使得基于敏感本體參數(shù)的一體化設計更具潛力和工程意義。這里的敏感本體參數(shù)是指那些經(jīng)過小幅調(diào)整就可以換取閉環(huán)性能明顯提升的參數(shù)。12.下面就風力機一體化設計方面的研究進展,從以下四個方面展開敘述。13.首先,已經(jīng)有研究指出平緩的CP-λ曲線更有利于風力機實現(xiàn)MPPT;頂端較陡的CP-λ曲線會加劇跟蹤損失問
8、題,甚至導致風輪失去跟蹤能力,從而嚴重影響風力機的效率。另外,大量研究表明,風力機結(jié)構(gòu)參數(shù)——風輪轉(zhuǎn)動慣量的