以NREL 5 MW單柱式海上風(fēng)力發(fā)電機為研究對象,引入調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）,考慮葉片和塔架的柔性,隨機風(fēng)載和控制策略,建立基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)、空氣動力學(xué)以及水動力學(xué)的氣-彈-水-控系統(tǒng)耦合動力學(xué)模型。在風(fēng)-浪聯(lián)合作用下,研究風(fēng)力發(fā)電機啟動、正常發(fā)電和應(yīng)急停機等工況時系統(tǒng)動態(tài)特性,分析TMD對整機振動的抑制效果。結(jié)果表明:在啟動工況下,當(dāng)TMD初始位置位于塔架中心時,整機振動與控制策略直接相關(guān),當(dāng)TMD初始位置偏移量為正時,塔架頂端振動位移和塔架根部繞Y軸彎矩幅值明顯增加,當(dāng)偏移量為1～2 m時,位移振動幅值增大4.2～5.1倍,彎矩振動幅值增大3.9～4.8倍;在正常發(fā)電工況下TMD能夠有效降低整機振動幅值,TMD初始位置對其影響較小;在應(yīng)急停機工況下TMD對塔架受到瞬時沖擊振動抑制效果明顯,振動抑制率為57.69%,而TMD初始安裝位置對其抑制效果影響較小。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

NREL 5 MW OC3單樁風(fēng)力發(fā)電機示意圖

圖2為單柱式海洋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)模型框架，在Simpack中建立多柔體動力學(xué)模型，充分考慮葉片、塔架和柱基的柔性。TMD通過彈簧-阻尼力元與多柔體動力學(xué)模型耦合。空氣動力學(xué)模型主要通過Simpack軟件的241號力元Aero Dyn和軟件Turb Sim建立；水動力學(xué)模型通過244號力元Hydro Dyn建立；控制模型通過Fortran編寫DLL文件來實現(xiàn)變速變槳控制。將空氣動力學(xué)模型和水動力模型作為外部激勵，通過力元施加在多柔體動力學(xué)模型上，控制模型通過力元與多柔體動力學(xué)模型耦合，建立風(fēng)力發(fā)電機氣-彈-水-控系統(tǒng)耦合動力學(xué)模型。1.1 多柔體動力學(xué)模型

圖3為發(fā)電機反饋扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖，圖中區(qū)域1內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機未達到切入轉(zhuǎn)速，發(fā)電機不工作，發(fā)電機反饋扭矩恒為零；區(qū)域2為過渡階段，發(fā)電機反饋扭矩與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系；區(qū)域3發(fā)電機反饋扭矩是轉(zhuǎn)速平方的函數(shù)，風(fēng)力發(fā)電機保持最優(yōu)風(fēng)能利用系數(shù)；區(qū)域4風(fēng)力發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機反饋扭矩不變。槳距角控制是當(dāng)實際風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)葉輪的迎風(fēng)角從而達到控制風(fēng)力發(fā)電機的輸入功率。采用含增益調(diào)度的PI算法[12]實現(xiàn)槳距角控制，控制流程如圖4所示，PI參數(shù)如表2所示，β、βr分別代表實際槳距角和參考節(jié)距角。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]緊急停機工況下風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)動態(tài)特性分析[J]. 陳旭,朱才朝,宋朝省,譚建軍,朱永超.  機械工程學(xué)報. 2019(05)
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[3]不同工況下風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)動態(tài)外載荷計算[J]. 秦大同,張福平,白溫毓.  太陽能學(xué)報. 2015(01)
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碩士論文
[1]風(fēng)浪作用下海上風(fēng)機單樁基礎(chǔ)動力學(xué)與疲勞分析[D]. 樊惠燕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3507913