10MW浮動半潛式離岸直驅式風力發電機於台灣海峽環境之全機組動態分析及控制之研究

Abstract

本研究以浮動式風力發電機結合LIFES50+ OO-Star Wind Floater Semi 10MW半潛式浮台、IEA 10MW葉片和直驅式永磁同步發電機，透過MATLAB/ Simulink和Simpack的軟體整合，進行浮動式風力發電機建模、風機控制器建立以及風機全機模擬。Simpack進行風力發電機浮台、塔柱、機艙、葉片的建模以及模擬海底深度的設定，藉由空氣動力計算程式AeroDyn、水動力計算軟體HydroDyn、繫纜錨碇分析軟體MAP++進行同步模擬。浮台水動力係數以WAMIT進行分析，再輸入到HydroDyn進行風機模擬。MATLAB/Simulink中發展風力發電機控制器、永磁同步發電機(Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Generator)建模、液壓葉片旋角系統、以及MATLAB/Simulink同步模擬模塊SIMAT。控制器發展包含轉子轉速控制器、葉片旋角控制器、磁場導向控制及電網側變流器控制。控制策略共分為三個部分，分別為追蹤最佳葉尖速比區、額定轉速區以及功率恆定區，目標在不損壞風力發電機組的情況下，擷取最大的風能。根據上述控制策略進行動態模擬分析，驗證風力發電機在不同區間的穩定性，以及不同區域轉換下控制器的表現。針對同樣錨點不同繫纜長度的情況下進行模擬，比較浮台的位移、繫纜內部的繩張力的差異，對風力發電機的影響進行分析探討。最後以1%及3%的紊流風速的風況進行模擬，驗證本研究的風機控制系統在紊流下的性能。