动态入流下风力机控制系统的运行特性与优化

动态入流条件下带控制系统风力机的运行特性模拟是一篇深入探讨了在实际海洋风能环境中，风力发电设备如何在面对不断变化的风速输入时，通过采用先进的控制策略来优化性能的关键论文。该研究主要由王涛、魏德志和万德成两位专家合作完成，他们分别来自中国电建集团华东勘探设计研究院有限公司的深远海风电技术研究重点实验室和上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院的海洋工程国家重点实验室船海计算水动力学研究中心。 论文的核心内容是利用OpenFOAM开发的ALMwindFarmFoam求解器，结合致动线模型和大涡模拟方法，对NREL-5MW风力机在动态入流条件下的运行特性进行了细致的数值模拟。作者特别关注了转矩控制和PI变桨控制两种控制策略的组合效应，目的是分析这两种控制方式如何协同作用，以提高风力机在风速波动时的稳定性和效率。 研究发现，相较于传统的5区域转矩控制，采用6区域转矩控制与PI变桨控制的组合能够有效解决风力机在桨距角恢复阶段的控制失效问题。这意味着改进后的控制系统能更好地适应风速变化，使得风轮转速、气动转矩和输出功率能够跟随风速的变化，并趋于设定的工作状态。然而，当风速接近或达到额定值时，这些参数的响应会显示出一定的滞后性，这可能是由于物理过程的惯性以及控制系统响应时间的影响。 此外，通过对比无控制情况下的风力机表现，文章强调了控制系统对于叶片气动载荷的显著改善作用。减轻气动载荷不仅有助于提高风力机的机械稳定性，还可能降低叶片磨损和振动的风险，从而延长风力发电系统的使用寿命。 这篇论文提供了一种实用的方法来优化动态入流条件下的风力机控制策略，为风能行业的设计和运营提供了重要的理论依据和技术支持。在当前全球转向可再生能源的背景下，这类研究对于提升风力发电系统的性能和可靠性具有重要意义。