大型风电机组变桨距载荷计算与特性分析.pdf

中国科学: 技术科学 2010 年 第40 卷 第7 期: 778 ~ 785 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 大型风电机组变桨距载荷计算与特性分析 ①②* ① ①② ③ 戴巨川 , 胡燕平 , 刘德顺 , 龙辛 ①湖南科技大学机电工程学院, 湘潭 411201; ② 中南大学机电工程学院, 长沙 410083; ③湘电风能有限公司, 湘潭 411000 * E-mail: daijuchuan@163.com 收稿日期: 2009-08-01; 接受日期: 2009-10-10 国家自然科学基金(批准号:和国家高技术研究发展计划(”863”计划)(批准号: 2006AA05Z401)资助项目 摘要 以大型水平轴式风电机组电动变桨距系统为研究对象, 对其因离心力引起的变桨距 关键词 载荷、气动力引起的变桨距载荷、重力引起的变桨距载荷等进行深入研究, 建立了变桨距载荷计 变桨距载荷 算数学模型. 以某1.2 MW 风电机组为典型算例, 对前述变桨距载荷进行了独立和综合的计算与 风电机组 独立变桨距 特性分析. 结果表明, 在叶轮转速、来流风速和节距角一定时, 叶轮旋转一周过程中变桨距载荷 变桨轴线 波动呈相似余弦曲线变化, 在不同节距角时波动幅值差异较大. 文中提出的风电机组变桨距载荷 计算思路与方法具有一定普适性, 可为独立变桨距系统深入分析和研究提供理论基础. 在当前大型风电机组设计中, 桨叶节距角同步 中, 多集中于对风电机组变桨距系统控制方法研究, 调整的统一变桨距技术(策略) 已被普遍采用[1,2]. 近 鲜见对大型风电机组变桨距载荷计算方法与特性的 年来, 通过单独控制每支叶片以缩减风电机组叶片 系统研究与分析报道. 在国际著名的风电机组仿真 载荷波动的独立变桨距技术(策略) 也引起了众多研 软件GH Bladed 中, 利用转移函数来近似模拟变桨距 究者的关注[3~10]. 然而, 无论是采用统一变桨距策略 执行机构特性, 考虑了空气动力桨叶力矩、轴摩擦等 [5] [6,7] 还是独立变桨距策略, 每支叶片采用独立的变桨距 的影响 ; Selvam K 等人 在独立变桨距研究中, 忽 驱动机构已成为主要方式之一. 在变桨距过程中, 变 略变桨距执行机构动力学特性, 建立了叶片— 塔架 桨距载荷随节距角、旋转位置角的变化不可避免会影 动力学方程; 林勇刚、郭洪澈等人[8~10]进行变桨距系 响其平稳性. 在采用统一变桨距策略时, 这种波动甚 统结构设计与分析, 采用近似计算公式, 分析了离心 至会造成不同叶片间的不同步现象; 对独立变桨距 力引起的变桨距载荷. 论文以电动变桨距系统为研 策略来说, 风电机组变桨距过程更加频繁, 变桨距载 究对象, 对大型风电机组变桨距过程中离心力引起 荷的时变性给变桨距过程的平稳性和有效性造成的 的变桨距载荷、气动力引起的变桨距载荷、重力引起 影响更为显著, 也增加了变桨距系统动力特性分析 的变桨距载荷等进行深入研究, 建立了变桨距载荷 的难度