风浪耦合作用下海上风电机组载荷特性研究

与陆上风电机组不同,海上风电机组承受风载荷以及波浪引起的水动力载荷共同作用。在风浪耦合作用下,海上风电机组基础结构以及各主要结构部件载荷特性更为复杂。为保障海上风电机组的运行结构安全,波浪特性对海上风电机组各主要承载部件载荷的影响应引起重视。该文基于改进的JONSWAP型谱,建立波浪动力学模型,以叶片根部挥舞方向弯矩以及塔筒底部俯仰方向弯矩为例,仿真研究波浪对于风电机组极限与疲劳载荷特性的影响。最后,基于海上风电机组载荷实测与仿真数据,对波浪动力学模型进行验证。     

叶片覆冰对风电机组关键结构安全性的影响

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某3.XMW风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型覆冰、未覆冰两种模型并进行计算。计算结果表明,叶片覆冰导致叶片和塔筒振动降低,翼型升力系数降低,阻力系数升高,发电功率降低,覆冰条件下的叶根、旋转轮毂中心、固定轮毂中心、偏航中心、塔筒底部极限载荷和等效疲劳载荷增大,最大累计循环次数降低,其中叶片挥舞载荷增幅最大。研究成果可为叶片覆冰时机组优化提供参考。     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

海上风电机组荷载分析及控制研究

分析了海上风电机组的荷载来源,为某漂浮式风电机组设计了控制策略,并重点仿真验证了驱动链加阻、塔筒加阻和独自变桨控制算法在海上风电机组的控制效果,最后提出了漂浮式风电机组的动态停泊模式。     

基于储能的大型风电机组极限载荷研究

基于修正的叶素动量理论，考虑叶尖/叶根损失修正、动态失速、动态入流、叶片截面扭转等影响，通过叶片与塔筒耦合结构动力学响应分析，以某4 MW机组为例，对极端工况下的大型风电机组极限载荷进行研究。结果表明，在极端阵风耦合脱网故障时，通过增加旁路负载或储能系统调节负载转矩，有助于抑制机组由于负载消失产生的明显结构变形和降低极限载荷。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

大偏航角下基于IPC的风力机变速率停机控制研究

通过分析机组在触发偏航超限停机过程中，叶片在不同方位角下的受力情况，指出大偏航角下叶片受载不均衡是导致轮毂中心出现极限载荷的根源，并研究桨距角与偏航角方向对不均衡受载的影响，在原始控制策略的基础上，引入基于叶轮方位角的独立变桨控制（IPC）变速率停机策略，减小机组在负向大偏航下的气动不平衡，大大降低了轮毂与偏航轴承中心极限载荷，依据IEC标准，并以某7.0 MW海上风力机为研究对象，通过偏航超限工况载荷计算，对比分析发现，基于叶轮方位角IPC变速率停机策略，可减小不平衡推力引入的倾覆弯矩，达到减小机组载荷的目的，为此特定风况下的降载提供了可靠依据。     

海况条件对海上风力发电机组载荷的影响

文章针对海况条件对海上风力发电机组载荷的影响,以某5 MW海上机组为例,介绍海浪、海流和潮汐在载荷计算过程中采用的理论方法和支撑结构建模方法,对支撑结构和海浪能量分别进行模态分析和频谱分析,同时根据GL2005标准对极限载荷和疲劳载荷分不同情况分析,结果表明海况条件对海上机组的塔筒底部影响较大,对机组其他关键零部件影响很小,为大型海上机组关键零部件选取提供依据。     

不对称载荷的独立变桨控制

常规的独立变桨控制是把3叶片的周期性载荷看作对称的,而在实际中叶片的载荷存在不对称分量,因此提出叶片不对称载荷的控制。仿真计算以2 MW双馈式风电机组为模型,在考虑风切变、塔影效应的工况下,独立变桨控制能实现载荷波动的减缓。在湍流风和叶片安装角误差工况下,不对称载荷控制可进一步降低载荷波动。载荷控制并未明显影响机组的发电功率,但可显著增加变桨机构的动作量。     

10 MW张力腿平台风电机组极端条件下响应特性分析

使用FAST构建10 MW漂浮式风电机组的完全耦合非线性模型,针对极端情况,通过耦合求解器FAST对张力腿平台(TLP)式风电机组的叶片、塔架和平台等关键部件进行研究。结果表明:在最大运行工况下,TLP式风电机组风轮叶片承受更大的载荷,但在极端停机工况下,塔架承受更大的弯矩和剪切力;TLP在极端停机工况下的响应更剧烈。风轮叶片的结构校核应基于运行工况,而其他部件的结构校核要考虑极端停机工况。