基于x-LMS的智能叶片风力机复合主动降载控制方法

发布时间：2021-03-03 06:56

　　为研究大型风力机的主动降载控制方法,以NREL 5 MW参考风力机为研究对象,建立了具有尾缘襟翼的智能叶片风力机非定常气动模型,并分析其非定常气动性能。基于x-LMS分别对桨距角和尾缘襟翼角进行控制,提出将二者结合的复合主动降载控制方法,并分析了在不同风况下所提控制方法的控制效果。结果表明:所建模型可有效模拟出智能叶片风力机的非定常气动性能;所提控制方法可同时抑制高频与低频叶根挥舞弯矩波动,并显著降低叶片疲劳载荷,有利于风力机的稳定运行。 

【文章来源】：动力工程学报. 2019,39(05)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１带有尾缘襟翼的风力机叶片Ｆｉｇ．１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｗｉｔｈｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｆｌａｐ

机叶轮直径为１２６ｍ，轮毂直径为３ｍ，轮毂高度为９０ｍ，叶片长度为６１．５ｍ，额定风速为１１．４ｍ／ｓ，切入风速为３ｍ／ｓ，切出风速为２５ｍ／ｓ，额定转速为１２．１ｒ／ｍｉｎ。１．２尾缘襟翼参数根据文献［１１］中的方法对叶片进行尾缘襟翼结构设计，在每个叶片距离叶根４９．６７５～６０．１３０ｍ处安装１个尾缘襟翼，如图１所示。尾缘襟翼占弦比为２５％，最大偏转角度为１０°，最大偏转速率为４０（°）／ｓ。图２为不同尾缘襟翼角（－１０°、０°、１０°）下的尾缘襟翼形变示意图。图１带有尾缘襟翼的风力机叶片Ｆｉｇ．１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｗｉｔｈｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｆｌａｐ图２尾缘襟翼形变示意图Ｆｉｇ．２Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｆｌａｐ１．３风速模型与超过额定风速相比，风力机在低于额定风速的风况下运行时，对叶片挥舞方向疲劳寿命造成的损伤更小。此外，在低于额定风速的风况下进行主动降载控制会降低风力机的发电效率［１２］。因此，针对ＮＲＥＬ５ＭＷ参考风力机，笔者利用ＴｕｒｂＳｉｍ软件分别生成平均风速为１１．４ｍ／ｓ和１６ｍ／ｓ的标准湍流风况（见图３），并在２种风况下进行了主动降载控制研究。图３标准湍流风况Ｆｉｇ．３Ｎｏｒｍａｌｔｕｒｂｕｌｅｎｔｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２风力机气动模型为准确计算风力机叶片载荷，笔者在风力机定常气动模型［１

ａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｆｌａｐ１．３风速模型与超过额定风速相比，风力机在低于额定风速的风况下运行时，对叶片挥舞方向疲劳寿命造成的损伤更小。此外，在低于额定风速的风况下进行主动降载控制会降低风力机的发电效率［１２］。因此，针对ＮＲＥＬ５ＭＷ参考风力机，笔者利用ＴｕｒｂＳｉｍ软件分别生成平均风速为１１．４ｍ／ｓ和１６ｍ／ｓ的标准湍流风况（见图３），并在２种风况下进行了主动降载控制研究。图３标准湍流风况Ｆｉｇ．３Ｎｏｒｍａｌｔｕｒｂｕｌｅｎｔｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２风力机气动模型为准确计算风力机叶片载荷，笔者在风力机定常气动模型［１３］的基础上，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件研究尾缘襟翼的气动性能，并加入动态失速改进模型和动态尾流修正模型，建立智能叶片风力机非定常气动模型，并分析了所建模型的非定常气动性能。２．１尾缘襟翼气动性能在Ｆｌｕｅｎｔ软件中采用Ｓｐａｌａｒｔ－Ａｌｌｍａｒａｓ湍流模型计算不同攻角（－１０°～２０°）与尾缘襟翼角·０１４·动力工程学报第３９卷

【参考文献】：
期刊论文
[1]智能叶片风力机建模及多目标尾缘襟翼控制[J]. 张文广,白雪剑.  动力工程学报. 2018(04)
[2]尾缘襟翼结构参数对大型风机气动性能影响的仿真研究[J]. 张文广,李腾飞,刘吉臻,白雪剑,韩越,胡阳.  可再生能源. 2016(12)
[3]基于独立变桨距技术的风力发电机组载荷控制研究[J]. 鲁效平,顾海港,林勇刚,李伟,刘宏伟.  太阳能学报. 2011(11)



本文编号：3060830