风力发电机组振动控制的研究与应用

发布时间：2020-02-27 14:41

【摘要】：风电技术发展的趋势是单机容量大型化，就是增加柔性体叶轮尺寸以获得更多的风能，但同时需要更高的塔架支撑叶轮；另外随着风能资源丰富的风区开发完毕，低风速区的风电技术得到快速发展，为了获得相同的额定功率，其叶片长度设计的更长，迎风扫略面积更大，相应塔架高度更高。由此风力发电机组柔度增加，在运行过程中，容易加剧机组振动问题。过大的振动水平不仅降低机组工作效率及产生很大的噪声，甚至造成机组某些零部件失效，降低机组设计寿命。所以仅靠增加结构强度和刚度会大幅提高机组度电成本，采用振动控制措施是解决风力发电机组动力响应问题的有效方法。本文结合某风电场的机组振动加速度超限引起报警停机问题，对该风电场所安装的3MW机型进行振动分析，通过计算机仿真得到风力发电机组柔性部件的固有特性，提出采用多重调谐质量阻尼器进行风力发电机组的振动控制，应用动力学软件FAST及ADAMS仿真振动控制效果。主要内容如下： (1)运用结构动力学软件，建立了一个包括叶轮、塔架、传动系统等模型的风力发电机组的整机动力学模型，其中叶片参数采用生产设计数据，叶片使用了8种不同的翼型铺层制造，建立叶片模型时分别考虑了每种翼型的刚度特性；建立塔架模型时考虑了连接法兰盘参数的影响，保证了动力学模型的准确性，可以较准确地描述所研究机组的整机动力学特性。（2）对动力学模型进行线性化处理，分析风力发电机组柔性部件的固有频率，通过FAST仿真计算其固有频率结果，与用Bladed软件得到的风力机的固有频率进行比较，为振动控制装置设计提供参数设置依据。（3）根据风力发电机组的振动特性，进行多重调谐质量阻尼器的参数设置，结合动力学模型，建立振动控制模型。通过极限阵风、湍流风及组合工况下风力发电机组动力学仿真分析，验证风力发电机组振动控制前后的减振效果。另外通过风电场现场试验，机组安装多重振动控制装置后，能够达到降低振动水平的目的，尤其是解决了额定风速以上机组振动问题及偏航控制伴随的振动加速度超限停机问题。由此验证了该多重振动控制装置抑制风力发电机组振动水平的有效性。
【图文】：

装机容量,全球

能源和环境是当今人类可持续发展和健康生存的亟需解决的问题之一，制约着人类的生存与发展，调整能源结构，优化资源配置，发展新能源已经成为应对环境挑战、走可持续发展道路的必然选择。风能作为技术成熟的新能源之一，具有蕴藏量丰富、可再生、分布广、无污染等特性，具备规模化开发利用价值，风力发电受到了各国政府、能源界和环保界的高度重视。根据全球风能理事会（GWEC）发布的 2013 风电发展报告，2013 年全球新增装机容量达到 35,467MW，截至 2013 年年底全球累计装机容量达到318,137MW；中国2013年新增装机容量16,100MW，累计装机容量达到了91,424MW[1]。图 1-1 列举了 2001 年以来全球及中国风电每年新增装机容量情况，表 1-1 列举出了世界主要风电国家的累计装机情况，可以看出全球风电新增装机容量相比 2012 年有大幅的减少，而中国新增装机容量经历 2010 年以来的连续两年的回落趋势后，，2013 年新增装机容量大幅提高同比 2012 年增长 24.2%，占比 2013 年全球新增装机的 44.4%，全球风电发展的主要市场仍然在中国。

技术路线图,风力发电机组,多重,振动控制

模型考虑了法兰盘参数的影响。（2）对动力学模型进行线性化处理，分析风力发电机组的固有特性，为振动设计提供参数。（3）根据风力发电机组的振动特性，进行多重调谐质量阻尼器的参数设计，风荷载、湍流风及组合工况下风力发电机组动力学仿真分析，验证风力发电机制前后的减振效果。另外通过风电场现场试验，机组安装多重振动控制装置后，能够达到降低振动的，尤其是解决了额定风速以上机组振动问题及偏航控制伴随的振动加速度超题。由此验证了该多重振动控制装置抑制风力发电机组振动水平的有效性。本文的技术路线如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315

【参考文献】