由于风机模拟器(wind turbine simulator,WTS)一般采用简化气动模型(即Cp-λ-β曲面)模拟风轮的气动特性。这不仅会影响气动转矩的计算准确性,而且无法再现大型风机具有的气动-弹性耦合特性。为此,针对美国国家可再生能源实验室(NREL)开发的开源风机仿真软件FAST(fatigue,aerodynamics,structures,and turbulence),剖析了其运行原理和程序结构,在此基础上将FAST中的气动计算代码提取、封装,并结合WTS的实测转速信号,在WTS上实现了基于FAST代码的风轮气动-弹性耦合模拟。这使得WTS能够更加逼真地输出风轮气动转矩,而且可以提供更丰富的气动载荷数据。NREL CART-3600 k W风机的动模实验表明,移植FAST代码的WTS能够实现更真实、全面的气动模拟效果。

当风速大于额定风速时,风电机组通过控制变桨机构调整桨距角来减小风能捕获,从而使机组的输出功率保持在额定功率附近。变桨系统一般采用PI(比例积分)控制算法,但由于风轮气动转矩与风速、风轮转速、桨距角呈高次复杂非线性关系,单一控制参数的变桨控制器难以满足风电机组在额定风速以上的运行性能要求。为了解决单一变桨控制性能不足的问题,提出一种基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略,该策略通过测量桨距角当前值来动态调整变桨控制器参数,可有效提升变桨系统随风动作连续性,减小由变桨控制引起的转速与功率波动,削减机组由变桨动作引起的动态载荷。