以NREL 5 MW單柱式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)為研究對(duì)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(jī)風(fēng)載和控制策略,建立基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)以及水動(dòng)力學(xué)的氣-彈-水-控系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型。在風(fēng)-浪聯(lián)合作用下,研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、正常發(fā)電和應(yīng)急停機(jī)等工況時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,分析TMD對(duì)整機(jī)振動(dòng)的抑制效果。結(jié)果表明:在啟動(dòng)工況下,當(dāng)TMD初始位置位于塔架中心時(shí),整機(jī)振動(dòng)與控制策略直接相關(guān),當(dāng)TMD初始位置偏移量為正時(shí),塔架頂端振動(dòng)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(shí),位移振動(dòng)幅值增大4.2～5.1倍,彎矩振動(dòng)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(jī)振動(dòng)幅值,TMD初始位置對(duì)其影響較小;在應(yīng)急停機(jī)工況下TMD對(duì)塔架受到瞬時(shí)沖擊振動(dòng)抑制效果明顯,振動(dòng)抑制率為57.69%,而TMD初始安裝位置對(duì)其抑制效果影響較小。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報(bào). 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(jī)示意圖

圖2為單柱式海洋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)模型框架，在Simpack中建立多柔體動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型耦合。空氣動(dòng)力學(xué)模型主要通過Simpack軟件的241號(hào)力元Aero Dyn和軟件Turb Sim建立；水動(dòng)力學(xué)模型通過244號(hào)力元Hydro Dyn建立；控制模型通過Fortran編寫DLL文件來實(shí)現(xiàn)變速變槳控制。將空氣動(dòng)力學(xué)模型和水動(dòng)力模型作為外部激勵(lì)，通過力元施加在多柔體動(dòng)力學(xué)模型上，控制模型通過力元與多柔體動(dòng)力學(xué)模型耦合，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣-彈-水-控系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型。1.1 多柔體動(dòng)力學(xué)模型

圖3為發(fā)電機(jī)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(jī)未達(dá)到切入轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)不工作，發(fā)電機(jī)反饋扭矩恒為零；區(qū)域2為過渡階段，發(fā)電機(jī)反饋扭矩與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系；區(qū)域3發(fā)電機(jī)反饋扭矩是轉(zhuǎn)速平方的函數(shù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持最優(yōu)風(fēng)能利用系數(shù)；區(qū)域4風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)反饋扭矩不變。槳距角控制是當(dāng)實(shí)際風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)葉輪的迎風(fēng)角從而達(dá)到控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入功率。采用含增益調(diào)度的PI算法[12]實(shí)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(shí)際槳距角和參考節(jié)距角。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]緊急停機(jī)工況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析[J]. 陳旭,朱才朝,宋朝省,譚建軍,朱永超.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2019(05)
[2]基于柔性支撐的風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)特性研究[J]. 張盛林,朱才朝,宋朝省,黃華清.  振動(dòng)與沖擊. 2016(17)
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碩士論文
[1]風(fēng)浪作用下海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)動(dòng)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(hào)：3507913