大型水平轴风力机侧向载荷分析与非线性调桨的研究.pdf

硕士学位论文



题目:大型水平轴风力机侧向载荷分析与非线性调桨
研究

英文题目: Lateral Load Analysis and Research on Nonlinear
Pitch control of a Large-scale HAWT



姓名关锡恩学号 11009013

所在学院工学院导师姓名郑黎明

专业机械电子工程

入学日期 2010 年 9 月论文答辩日期 2013 年 5 月
学位论文原创性声明

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作者签名: 日期: 年月日
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日期: 年月日日期: 年月日
汕头大学硕士学位论文摘要
摘要
风能作为绿色清洁能源的代表之一受到人们越来越多的关注。水平轴风力机是一个多
部件、复杂的弹性耦合系统。气动引起的载荷在风轮、传动系统、机舱、塔架、地基之间
传递。特别是在强湍流风下,波动气动载荷会激起更大的风力机系统结构变形和振动,对
风力机的系统中结构的动态变化特性和载荷传递关系分析显得尤为必要。
本文首先介绍了风力机工作环境及其相关的影响,风力机空气动力学的基本理论,风
力机系统的组成,包括机械部分与电子部分。
其次,论文介绍了风力机翼形的重要特性——动态入流——的基本原理,它对风力机
运行的影响。在一种非线性稳态控制器的基础上,增加关于动态入流的修正设计项。通过
商用软件 GH bladed 的进行对比仿真计算,修正后风力机控制效果有一定提升。
文章的第四部分主要讲述风力机侧向振动研究的重要性,运用叶素动量理论推导出风
力机侧向受力情况。通过使用拉格朗日方程得到了风力机侧向振动与传动链扭转振动的耦
合运动关系,从结果输出的曲线显示,风力机在使用耦合模型进行计算时时,3P 位置将会出
现一个频谱峰值。
文章第五部分先讨论了一般风力机在整个工作区域里的转矩控制策略。另外,根据第
四章所推导的耦合振动模型,提出一种新的转矩控制策略。通过软件的仿真计算证明,新
的控制器在一定量的增加转矩波动的情况下能够改善侧向振动与低速轴的扭转振动。
最后对以上的工作进行了概要性的总结以及对本工作的进一步思考。

关键词:风力机;桨距控制;动态入流;侧向振动;转矩控制
I
汕头大学硕士学位论文 Abstract
Abstract
Wind Power is getting more and more attention from all over the world nowadays as one of
the most representative clean and green energy. For the large horizontal axis wind turbine, it is an
elastic system that is flexible, ponent plex, results in a very high degree of
coupling. The loading aroused by the aerodynamics transfers between the system including the
rotor, transfer system, nacelle, tower and foundation. Especially, turbulence can arouse structural
vibration and oscillation of wind turbine under turbulent flow,so the load transfer mechanism
and the structure dynamic features analys