風電機組載荷建模及仿真優(yōu)化研究

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1、風電機組載荷建模及仿真優(yōu)化研究重慶大學博士學位論文學生姓名：韓花麗指導教師：張根保教授專業(yè)：機械工程學科門類：工學重慶大學機械工程學院二O一五年四月StudyonModeling,LoadSimulationandLoadOptimizationofWindTurbineAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByHanHualiSupervise

2、dbyProf.ZhangGenbaoSpecailty:MechanicalEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015中文摘要摘要近年來，我國風電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，風電機組的功率和結(jié)構復雜度也不斷地增加，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性越來越受到研究機構和企業(yè)的重視。特別是隨著風電機組大型化和規(guī)模化的發(fā)展以及近幾年國內(nèi)風電事故的頻發(fā)，需要更好地掌握風電機組的系統(tǒng)仿真分析和驗證技術，從整體和局部層面

3、預測風電機組在各種工況下運行的潛在危險，從而指導設計，提高風電機組運行的穩(wěn)定性和可靠性。因此，正確地建立大型風電機組的系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型，通過仿真分析確定其性能及運動規(guī)律，研究影響風電機組載荷的主導工況和風資源的主導特征，探索降低環(huán)境或風資源主導特征影響的載荷控制技術，并通過風場實測來驗證分析方法的正確性，對提高我國風電機組的系統(tǒng)設計水平具有重要意義。本文結(jié)合國家科技支撐計劃項目（2009BAA22B02）和科技部國際合作項目（2010DFB60700）的主要研究內(nèi)容，將風電機組系統(tǒng)建模和仿真分析及優(yōu)化作為研究課題。研

4、究風電機組的系統(tǒng)建模和仿真分析優(yōu)化技術，結(jié)合風場實測數(shù)據(jù)進行仿真驗證，并形成相應的載荷仿真及優(yōu)化方法。主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：①研究風電機組空氣動力學理論、結(jié)構動力學理論及控制理論，基于這些理論，利用數(shù)值計算及仿真建模等技術手段，建立風電機組的氣—彈—控耦合聯(lián)合仿真模型，進行風電機組系統(tǒng)動力學仿真分析，通過分析結(jié)果和GHBLADED的對比，驗證模型的正確性。②根據(jù)風電機組全壽命期內(nèi)可能遇到的各種狀況，在風特性研究的基礎上，定義了一套適用于風電機組載荷仿真分析的工況?；谒⒌穆?lián)合仿真模型，進行典型工況的時序載荷

5、分析及全壽命期的疲勞載荷分析，從而研究載荷影響因素及載荷變化規(guī)律；分析風電機組性能，特別是變槳距風電機組的失速性能、動態(tài)功率曲線等，為合理評價機組性能提供參考依據(jù)。③進行風電機組載荷優(yōu)化方法研究，根據(jù)優(yōu)化對象的特點，提出適用于極限載荷優(yōu)化的預變槳、變參數(shù)變槳、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩柔性協(xié)調(diào)等多種變槳及轉(zhuǎn)矩控制策略，對優(yōu)化結(jié)果進行對比，并通過風場實測進行效果驗證；提出疲勞載荷的權重分析法，通過該方法篩選出對當量疲勞載荷影響較大的工況及載荷幅值，基于載荷優(yōu)化方法的研究成果，進行風電機組疲勞載荷優(yōu)化。④進行風電機組整機載荷測試的仿真驗證

6、技術研究，通過對某2MW風電機組的風場測試數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合機組實際情況及仿真建模方法，提出測試數(shù)據(jù)分析和校正方法、測試風的仿真建模方法及測試結(jié)果的仿真驗證方法。使用聯(lián)合I重慶大學博士學位論文仿真模型進行測試工況的仿真驗證，給出仿真結(jié)果與測試結(jié)果的偏差，并對偏差進行詳細分析和評定，來驗證整機載荷計算及測試仿真方法的正確性，從而形成適用于風電機組的建?！抡妗獌?yōu)化—實驗的完整理論和方法。關鍵詞：風電機組，系統(tǒng)仿真，動態(tài)功率，載荷優(yōu)化，載荷測試II英文摘要ABSTRACTInrecentyears,powerandstr

7、ucturalcomplexityofwindturbineareconstantlyincreasingalongwiththerapiddevelopmentofChina'swindpowerindustry.Theoperationstabilityandsafetyofwindturbinehavebeenpaidmoreandmoreattentionfromresearchinstitutionstoenterprises.Especiallywiththedevelopmentofwindpoweri

8、nlarge-size,large-scaleandfrequentaccidentsinrecentyears,it’sneededtobetterunderstandandmastersystemsimulationandanalysistechnologyofwindturbine,whichcaninspectwindturbine’s