[发明专利]一种风机塔筒风致振动的半主动控制方法

说明书

本发明涉及风力发电设备技术领域，公开了一种风机塔筒风致振动的半主动控制方法，包括以下步骤：通过主动控制算法计算得到风机塔筒风致振动控制所需的最优主动控制力；半主动控制算法令主动变阻尼装置输出的阻尼力数值等于或无限接近于最优主动控制力，根据阻尼力与电液伺服阀伺服电压之间的关系推算出提供恰当阻尼力所需要的控制电压的值，通过控制电压的值而控制输出所需阻尼力，电压的变化是通过阻尼系数的变化引起阻尼力的改变，输出所需的阻尼力进行风机塔筒风致振动控制，这种风机塔筒风致振动的半主动控制方法，能够实现主动控制的控制效果，经济实用。

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种风机塔筒风致振动的半主动控制方法。

背景技术

风机塔筒振动控制是风力发电机组的关键技术之一，随着能源结构的转型发展，全球风电装机量逐年增加，随之而来的是风机事故的逐年递增。塔筒结构稳定性不足是其中一个重要原因。

风机塔筒属于高柔结构体，新型风机单机功率逐渐增大，叶片逐渐伸长，塔筒逐渐增高。这对风机塔筒结构稳定性提出了更高的要求。此类高柔性结构体采用传统的增强自身结构参数来提高其结构稳定性的做法既不合理也不经济。

在高耸结构的振动控制方面，国内外学者作了很多相关方面的研究，并且取得了较好的控制效果。陈鑫对自立式高耸结构悬吊式TMD减振动力试验进行了分析研究；崔琼应用结构振动控制技术，采用悬吊式TMD对近海风机塔筒的风致振动进行控制；李振辉采用多重TMD对风机塔筒的振动进行控制，加大TMD有效控制频率带范围，减小TMD系统对风机塔筒结构调谐频率的敏感性。P.J.Murtagh等对风机塔筒采取的TMD被动振动控制作了深入研究给出了控制装置的具体参数，分析了阻尼比的不同，其控制效果的差异。在单一被动控制方面，前辈学者已经从多个方面进行了优化与提高，并且取得较好的控制效果。

然而，由于被动的TMD控制方式只能控制某个振型的反应，而且控制效果对被控振型的频率非常敏感，其次TMD系统在有限的质量范围内，对结构控制能力有限，所以被动控制效果不是很理想。虽然主动控制可以根据结构的动力响应而做出最优控制，但是主动控制需要额外的动力源。在极端气候条件下会受到限制。在被动控制减振效果不是很理想，而实现主动控制的条件又不成熟的情况下，本申请提出了风机塔筒风致振动的半主动控制方式。采用主动最优控制算法LQR求出最优控制力。通过半主动控制算法来控制主动变阻尼装置实现对塔筒结构振动的控制。

发明内容

本发明提供一种风机塔筒风致振动的半主动控制方法，可以解决现有技术中的上述问题。

本发明提供了一种风机塔筒风致振动的半主动控制方法，包括以下步骤：

S1、通过振动控制的主动控制算法计算得到风机塔筒风致振动控制所需的最优主动控制力；

采用线性二次型(LQR)算法对风机塔筒的振动响应特性进行计算，得出最优主动控制力；

S2、通过风机塔筒风致振动的半主动控制算法调节风机塔筒风致振动的主动变阻尼装置的阻尼系数，使风机塔筒风致振动的主动变阻尼装置产生与风机塔筒风致振动的最优主动控制力等效的控制力；

主动变阻尼装置阻尼力的变化是通过阻尼系数的改变实现的，而阻尼系数的改变通过电液伺服阀的开口大小来实现，而电液伺服阀的开口大小由伺服电压来控制；

半主动控制算法令主动变阻尼装置输出的阻尼力数值等于或无限接近于最优主动控制力，根据阻尼力与电液伺服阀伺服电压之间的关系推算出提供恰当阻尼力所需要的控制电压的值，通过控制电压的值而控制输出所需阻尼力，电压的变化是通过阻尼系数的变化引起阻尼力的改变，输出所需的阻尼力进行风机塔筒风致振动控制。

所述步骤S2中的半主动控制算法包括以下步骤：

S21、风机塔筒最优控制的数学模型如下：