张力腿漂浮式风电机组疲劳载荷智能控制研究

以张力腿式(tension leg platform,TLP)UpWind/NREL 5 MW风电机组为研究对象,采用FAST/AeroDyn开源代码,结合自主开发的基于柔性尾缘襟翼(deformable trailing edge flap,DTEF)的载荷智能控制系统,搭建气动-水动-伺服-弹性仿真平台,选取国际电工协会(IEC)标准正常湍流模型(NTM)和正常海况模型(NSS)工况,开展张力腿漂浮式风电机组载荷控制研究。通过与整体变桨控制比较发现,在DTEF控制下,叶片、传动链和塔架的疲劳载荷得到了有效控制,载荷降低20%~35%,增加了系统的可靠性和经济性。在额定风速以上,DTEF的辅助变桨作用可缓解变桨系统的磨损,并同时降低发电机转速、扭矩和功率的波动,提高了机组的性能。为探索控制有效性的原因,开展详细的基于DTEF的相关机理分析。

大型海上风电叶片载荷智能控制研究

近年来海上风电机组大型化已成为风电行业主要发展趋势之一。与此相应,柔性大变形风电叶片气弹效应将更加增强,致使叶片乃至整机载荷更大,严重危及机组的安全、可靠运行。为此,本文根据国际叶片载荷控制新概念—"智能叶片",系统地总结了团队过去相关气动-伺服-弹性模型构建、系统在通常和极限风况下可靠性与参数影响等工作和取得的进展,并在此基础上,在国际上首次揭示了气弹耦合控制机理。这些成果的取得为未来大型海上风电机组叶片和机组优化设计提供了有价值的理论依据。

大型风电机组叶片不同方位角下载荷智能控制效果分析

本文基于自主搭建的带有柔性尾缘襟翼(DTEF)控制的气动伺服弹性耦合仿真计算平台,首先从整体上论证了DTEF对降低风机叶片疲劳载荷的有效性,得到不同风速下风机叶片的叶根挥舞力矩按方位角的分布特性,在此基础上分析了DTEF能够降低叶片疲劳载荷的作用机理。最终得到结论:基于DTEF的智能叶片控制在不影响电机功率输出量的前提下可以有效降低叶片的疲劳载荷,减小电机输出功率、推力、桨距角的波动;不同轮毂高风速下DTEF的作用效果按方位角的分布规律不同;从参数的方位角分布规律分析出智能叶片控制机理,即DTEF引入破坏了原有叶片的气弹耦合特性,减弱叶片承受气动力,从而有效降低了叶片疲劳载荷。本文工作为未来明确智能叶片流动控制机理和优化载荷控制提供参考。