基于TMD的单柱式海上风力发电机系统动态特性分析

发布时间：2021-11-20 18:46

　　以NREL 5 MW单柱式海上风力发电机为研究对象,引入调谐质量阻尼器（TMD）,考虑叶片和塔架的柔性,随机风载和控制策略,建立基于结构动力学、空气动力学以及水动力学的气-弹-水-控系统耦合动力学模型。在风-浪联合作用下,研究风力发电机启动、正常发电和应急停机等工况时系统动态特性,分析TMD对整机振动的抑制效果。结果表明:在启动工况下,当TMD初始位置位于塔架中心时,整机振动与控制策略直接相关,当TMD初始位置偏移量为正时,塔架顶端振动位移和塔架根部绕Y轴弯矩幅值明显增加,当偏移量为1～2 m时,位移振动幅值增大4.2～5.1倍,弯矩振动幅值增大3.9～4.8倍;在正常发电工况下TMD能够有效降低整机振动幅值,TMD初始位置对其影响较小;在应急停机工况下TMD对塔架受到瞬时冲击振动抑制效果明显,振动抑制率为57.69%,而TMD初始安装位置对其抑制效果影响较小。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

NREL 5 MW OC3单桩风力发电机示意图

图2为单柱式海洋风力发电机系统模型框架，在Simpack中建立多柔体动力学模型，充分考虑叶片、塔架和柱基的柔性。TMD通过弹簧-阻尼力元与多柔体动力学模型耦合。空气动力学模型主要通过Simpack软件的241号力元Aero Dyn和软件Turb Sim建立；水动力学模型通过244号力元Hydro Dyn建立；控制模型通过Fortran编写DLL文件来实现变速变桨控制。将空气动力学模型和水动力模型作为外部激励，通过力元施加在多柔体动力学模型上，控制模型通过力元与多柔体动力学模型耦合，建立风力发电机气-弹-水-控系统耦合动力学模型。1.1 多柔体动力学模型

图3为发电机反馈扭矩与转速关系图，图中区域1内风力发电机未达到切入转速，发电机不工作，发电机反馈扭矩恒为零；区域2为过渡阶段，发电机反馈扭矩与转速成线性关系；区域3发电机反馈扭矩是转速平方的函数，风力发电机保持最优风能利用系数；区域4风力发电机达到额定转速，发电机反馈扭矩不变。桨距角控制是当实际风速高于额定风速时，根据发电机的转速来调节叶轮的迎风角从而达到控制风力发电机的输入功率。采用含增益调度的PI算法[12]实现桨距角控制，控制流程如图4所示，PI参数如表2所示，β、βr分别代表实际桨距角和参考节距角。

【参考文献】：
期刊论文
[1]紧急停机工况下风力发电机系统动态特性分析[J]. 陈旭,朱才朝,宋朝省,谭建军,朱永超.  机械工程学报. 2019(05)
[2]基于柔性支撑的风机传动链动态特性研究[J]. 张盛林,朱才朝,宋朝省,黄华清.  振动与冲击. 2016(17)
[3]不同工况下风力发电机传动系统动态外载荷计算[J]. 秦大同,张福平,白温毓.  太阳能学报. 2015(01)
[4]基于TMD的海上浮动风力机结构振动控制研究[J]. 贺尔铭,胡亚琪,张扬.  西北工业大学学报. 2014(01)

硕士论文
[1]风浪作用下海上风机单桩基础动力学与疲劳分析[D]. 樊惠燕.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3507913