湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响
发布时间：2021-12-18 17:26
为研究湍流强度对机组动力学特性及气动载荷的影响,以3.3 MW三叶片水平轴风电机组为研究对象,采用仿真及试验相结合的方法,并对来流风速和主导载荷进行功率谱分析。通过开展4种湍流强度0.10、0.12、0.14和0.16的计算仿真,结果表明随着湍流强度的增加,风电机组机舱振动加速度、载荷及等效疲劳载荷都有规律性变化。为验证仿真结果的合理性,对某风场的型式测试机组进行1a多的数据测试采集和分析。测试结果表明,机组运行在0.06、0.08、0.10和0.12这4种不同湍流强度下,其机组在不同风速运行下的机组振动及载荷同样出现有规律性的变化,仿真与实测结果的变化趋势吻合度较高。该研究为风电场风电机组的微观选址提供依据,也对风电机组设计有一定的指导意义。
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同湍流强度下机舱振动加速度随风速变化曲线（仿真）Fig.1Differentturbulenceintensitycurveofnacellevibrationaccelerationchangedwithwindspeed(Simulation)
第13期巫发明等：湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响51图2叶根弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图3可知，旋转轮毂Mx1与湍流强度关联不大，但My1、Mz1受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。其中旋转轮毂Mx载荷影响较小的原因，转矩是受转速控制，能保持稳定。从图4可知，塔顶Mx2与湍流强度关联较小，塔顶My2和扭矩Mz2受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。从图5可知，塔底Mx3与湍流强度关联性随着风速的增加而增大，塔底My3受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%，特别是随风速的增大后更加明显。2.4功率谱对比分析针对风速12m/s，湍流强度Iref分别0.12和0.16。对风速、叶片、轮毂和塔顶Mx、My载荷进行功率谱分析，具体如图6，7所示。图3旋转轮毂弯矩载荷随风速变化曲线（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)图4塔顶弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图6、7的功率谱可明显看出，风速没有明显峰值，但叶片、轮毂和塔顶Mx，My主导载荷中出现明显的尖峰，这主要来源于风电机组转频和部件固有频率，其中风电机组转频1P约为0.175Hz，塔筒1阶约0.254Hz，叶片挥舞1阶约0.53Hz，叶片摆振1阶约0.92Hz，传动链1阶或叶片挥舞2阶约1.24Hz，叶片摆振2阶约2.5Hz。其峰值都随着湍
第13期巫发明等：湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响51图2叶根弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图3可知，旋转轮毂Mx1与湍流强度关联不大，但My1、Mz1受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。其中旋转轮毂Mx载荷影响较小的原因，转矩是受转速控制，能保持稳定。从图4可知，塔顶Mx2与湍流强度关联较小，塔顶My2和扭矩Mz2受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。从图5可知，塔底Mx3与湍流强度关联性随着风速的增加而增大，塔底My3受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%，特别是随风速的增大后更加明显。2.4功率谱对比分析针对风速12m/s，湍流强度Iref分别0.12和0.16。对风速、叶片、轮毂和塔顶Mx、My载荷进行功率谱分析，具体如图6，7所示。图3旋转轮毂弯矩载荷随风速变化曲线（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)图4塔顶弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图6、7的功率谱可明显看出，风速没有明显峰值，但叶片、轮毂和塔顶Mx，My主导载荷中出现明显的尖峰，这主要来源于风电机组转频和部件固有频率，其中风电机组转频1P约为0.175Hz，塔筒1阶约0.254Hz，叶片挥舞1阶约0.53Hz，叶片摆振1阶约0.92Hz，传动链1阶或叶片挥舞2阶约1.24Hz，叶片摆振2阶约2.5Hz。其峰值都随着湍
本文编号：3542855
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同湍流强度下机舱振动加速度随风速变化曲线（仿真）Fig.1Differentturbulenceintensitycurveofnacellevibrationaccelerationchangedwithwindspeed(Simulation)
第13期巫发明等：湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响51图2叶根弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图3可知，旋转轮毂Mx1与湍流强度关联不大，但My1、Mz1受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。其中旋转轮毂Mx载荷影响较小的原因，转矩是受转速控制，能保持稳定。从图4可知，塔顶Mx2与湍流强度关联较小，塔顶My2和扭矩Mz2受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。从图5可知，塔底Mx3与湍流强度关联性随着风速的增加而增大，塔底My3受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%，特别是随风速的增大后更加明显。2.4功率谱对比分析针对风速12m/s，湍流强度Iref分别0.12和0.16。对风速、叶片、轮毂和塔顶Mx、My载荷进行功率谱分析，具体如图6，7所示。图3旋转轮毂弯矩载荷随风速变化曲线（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)图4塔顶弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图6、7的功率谱可明显看出，风速没有明显峰值，但叶片、轮毂和塔顶Mx，My主导载荷中出现明显的尖峰，这主要来源于风电机组转频和部件固有频率，其中风电机组转频1P约为0.175Hz，塔筒1阶约0.254Hz，叶片挥舞1阶约0.53Hz，叶片摆振1阶约0.92Hz，传动链1阶或叶片挥舞2阶约1.24Hz，叶片摆振2阶约2.5Hz。其峰值都随着湍
第13期巫发明等：湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响51图2叶根弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图3可知，旋转轮毂Mx1与湍流强度关联不大，但My1、Mz1受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。其中旋转轮毂Mx载荷影响较小的原因，转矩是受转速控制，能保持稳定。从图4可知，塔顶Mx2与湍流强度关联较小，塔顶My2和扭矩Mz2受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%。从图5可知，塔底Mx3与湍流强度关联性随着风速的增加而增大，塔底My3受湍流强度影响较为明显，湍流强度上升0.02，其载荷上升达到10%，特别是随风速的增大后更加明显。2.4功率谱对比分析针对风速12m/s，湍流强度Iref分别0.12和0.16。对风速、叶片、轮毂和塔顶Mx、My载荷进行功率谱分析，具体如图6，7所示。图3旋转轮毂弯矩载荷随风速变化曲线（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)图4塔顶弯矩随风速变化曲线（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)从图6、7的功率谱可明显看出，风速没有明显峰值，但叶片、轮毂和塔顶Mx，My主导载荷中出现明显的尖峰，这主要来源于风电机组转频和部件固有频率，其中风电机组转频1P约为0.175Hz，塔筒1阶约0.254Hz，叶片挥舞1阶约0.53Hz，叶片摆振1阶约0.92Hz，传动链1阶或叶片挥舞2阶约1.24Hz，叶片摆振2阶约2.5Hz。其峰值都随着湍
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