风力发电机组的台风适应性设计方法研究

设计工况决定了风电机组的外部载荷和运行环境。由于目前的风电设计标准没有考虑台风环境的影响,运行于台风地区的风电机组遭到破坏的风险增大,制造和运营成本增加。利用观测到的热带气旋数据分析了台风过程中的湍流强度、阵风特性和风向变化特性,提出了包括台风特性、台风工况、结构失效分析设计、台风控制策略和运维策略的系统性的风电机组台风适应性设计方法。文章基于上述方法,计算分析了风电机组在不同工况条件下的载荷;结果表明,采用本文方法设计的风电机组,应用于台风多发地区,具有更好的经济性和安全性。

风力发电机组噪声模式的优化设计

以风力发电机组噪声模式为研究对象,耦合基于经验的风力发电机组叶片噪声BPM模型和叶素动量理论,综合考虑噪声辐射和发电量,以风力发电机组噪声声功率级为约束条件,发电量最大化为优化目标,提出大型风力发电机组的噪声模式多学科优化设计方法。基于该方法设计WD115-2000机型的噪声模式,结果表明,风力发电机组噪声声功率级降低1.3~4.8 dB,年发电量损失1%~7%,较传统的降转速方案提升年发电量1.2~2.2%。

基于转矩随动控制的风电机组最优发电研究

提高变速变桨风电机组的能效转化率是风电机组整机设计人员追求的重要目标。大型商业化机组中,通常采用转速-转矩查表法来实现最佳叶尖速比跟踪。由于受到发电机最小并网转速与额定转速的约束,查表法在这两个边界转速上,只能采用斜率较大的过渡曲线来表征转矩与转速的对应关系,这影响了输出功率的平稳性,缩短了最佳叶尖速区,减少了机组的发电量。提出一种转矩随动发电机转速变化的风电机组最优发电控制实现方法:在全风速运行范围内,基于一个统一比例积分(PI)转速转矩控制器,根据发电机转速,动态设定输出转矩限值的方法。该方法可解决风速的不可测量性、风速变化不可跟踪性等难题,实现额定风速以下最大风能捕获的控制目标。仿真分析与现场测试结果表明,该算法具有良好的稳定性与动态性能,提升了机组的能效转化率。该控制算法逻辑实现简单,易于风电行业控制器推广,有较高的实际工程意义。

风电主齿箱系统低温待机方案的研究

以1.5 MW风力发电机组为例,对目前风电主齿箱系统低温环境待机困难的现状进行研究,通过该类主齿箱系统待机时加热与散热的计算,对循环周期内各时段润滑油的温度进行推算,根据推算结果,解释了主齿箱系统低温环境待机困难的主要原因,并提出了低温待机方案的改进策略。

大型风电机组轮毂疲劳分析方法的研究

基于风电机组轮毂有限元分析模型,对兆瓦级风电机组轮毂疲劳损伤进行研究。利用叶素动量理论和惯性载荷计算得到动态疲劳载荷谱,结合轮毂材料力学性能,计算得出S-N曲线。有限元分析结果表明,多平均应力S-N曲线能较好地应用于平均应力修正,且当轮毂表面主应力方向有变化时,使用关键面法疲劳损伤模型分析更合适。以兆瓦级风电机组为例,对轮毂进行疲劳计算,得到具有较高指导意义的疲劳分析方法。

兆瓦级风机主轴疲劳分析方法研究

利用叶素动量理论计算风机疲劳载荷,进而得到轮毂中心的疲劳载荷历程。结合S-N曲线和有限元应力结果,对风机主轴的疲劳分析方法进行研究;同时介绍了主轴有限元应力应变响应的分析方法;最后以兆瓦级风机和IIIB风场为例,按不同表面粗糙度和应力集中分段,计算主轴的疲劳损伤,得到具有较大工程价值和指导意义的风机主轴疲劳分析方法。