基于bladad的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)速仿真研究

基于bladad的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)速仿真研究

0載荷的算及分析在大型風(fēng)力發(fā)電的初始預(yù)算中，應(yīng)確定整體方案后的負(fù)荷計(jì)算和分析非常重要。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),載荷計(jì)算必須依據(jù)一定的工況和外部環(huán)境條件進(jìn)行分析。對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說,風(fēng)資源等外部條件是決定載荷的主要因素,因此風(fēng)資源的模擬、仿真的正確性非常重要。1風(fēng)切變指數(shù)模型風(fēng)切變表征了穩(wěn)態(tài)平均風(fēng)速隨高度的變化情況。風(fēng)切變的研究主要有2種可選模型:指數(shù)模型和對數(shù)模型。這2種模型都是用來研究距離地面高度h處的風(fēng)速V(h)相對于參考高度h指數(shù)模型定義風(fēng)切變指數(shù)為α,則風(fēng)切變指數(shù)模型表達(dá)式如下:如果不考慮風(fēng)速隨高度而變化時(shí),指數(shù)α取值為0。對數(shù)模型的定義與地面粗糙度z2尾流模型的分類塔影是由于塔架引起穩(wěn)態(tài)平均風(fēng)速的畸變。塔影數(shù)學(xué)模型可分為上風(fēng)向塔架的尾流模型、下風(fēng)向塔架的經(jīng)驗(yàn)尾流模型和混合模型。上風(fēng)向塔影尾流模型只適用于上風(fēng)向塔架。對于下風(fēng)向塔架,可采用一種基于余弦形狀塔架經(jīng)驗(yàn)尾流模型2.1安全建筑評(píng)分假設(shè)塔架上風(fēng)向的軸向風(fēng)速(V公式(3)適用于輪轂中心線以下±60°方位角內(nèi)。對于中心線以上±60°方位角,我們認(rèn)為V(x,z)=AVA(0.5-cosφ)+(0.5+cosφ)式中:φ是葉片角方位。2.2風(fēng)琴塔的陰影對于下風(fēng)向塔架,風(fēng)速V可表示為對于輪轂中心線以下±60°方位角內(nèi),其他方位角的風(fēng)速修正,與上風(fēng)向位流塔影模型一致。3尾流對穩(wěn)態(tài)平均風(fēng)廓線的影響風(fēng)輪全部或部分位于上風(fēng)向運(yùn)行著的風(fēng)電機(jī)組的尾流里,其載荷計(jì)算就要考慮尾流對穩(wěn)態(tài)平均風(fēng)廓線的影響。通常我們用高斯輪廓線來描述位于上風(fēng)向風(fēng)電機(jī)組的尾流,距離尾流中心線(即輪轂位置偏移量r)的局部風(fēng)速可表示為式中:V定義流速偏差和尾流寬度W常采用尾流環(huán)流模型4風(fēng)湍流仿真模型湍流風(fēng)是計(jì)算疲勞載荷時(shí)要考慮的主要因素。有2種計(jì)算大氣湍流的模型:VonKarman模型和Kaimal模型,本文采用前者。根據(jù)VonKarman模型,湍流縱向自相關(guān)譜密度表達(dá)式如下式中:S其中,當(dāng)使用這些湍流風(fēng)場進(jìn)行風(fēng)湍流仿真時(shí),要注意以下幾點(diǎn)。①風(fēng)場的長度L②風(fēng)場的寬和高必須能夠涵蓋整個(gè)風(fēng)輪,即至少等于風(fēng)輪的直徑。風(fēng)場也可以很高,以包含住風(fēng)輪和塔架。③在水平和垂直方向上選取的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)應(yīng)該達(dá)到足夠風(fēng)輪平面風(fēng)速變化的適當(dāng)取樣點(diǎn)數(shù)。網(wǎng)格空間一般為6~7m。生成風(fēng)場的時(shí)間是以格數(shù)的4次冪增加,所以盡量少用必需點(diǎn)以外的點(diǎn)是非常重要的。對于順風(fēng)向10Hz就足夠了。④同一湍流特性的不同的歷史記錄,可以通過改變隨機(jī)數(shù)的種子來得到。5及時(shí)風(fēng)速變化模型湍流模型應(yīng)包括風(fēng)速、風(fēng)向變化和循環(huán)抽樣的影響縱向風(fēng)速分量標(biāo)準(zhǔn)差特性值:當(dāng)I5.1陣風(fēng)失電停機(jī)極限載荷對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等級(jí),重復(fù)周期為N年的輪轂高度的陣風(fēng)幅值如下式:式中:σ在計(jì)算DLC1.5機(jī)組在發(fā)電狀態(tài)下,一年一遇的極端陣風(fēng)失電停機(jī)的極限載荷中,設(shè)置額定風(fēng)速12m/s,陣風(fēng)幅值8.7m/s,持續(xù)時(shí)間10.5s,失電停機(jī)時(shí)間可以分別設(shè)置為陣風(fēng)啟動(dòng)后的0,2.45,4.0,5.25s。5.2極端風(fēng)窗ew應(yīng)用下列2個(gè)瞬時(shí)風(fēng)速來計(jì)算重復(fù)周期為50a的極端風(fēng)切變。瞬時(shí)垂直切變:瞬時(shí)水平切變:式中:a=0.2;$=6.4;T=12s;Λ5.3極端方向的變化edc用下列關(guān)系式計(jì)算重復(fù)周期為N年的極端風(fēng)向變化幅值θ式中:θ5.4極端相關(guān)矩陣rcg對標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,假定極端相關(guān)陣風(fēng)的幅值V式中:T為10s時(shí)陣風(fēng)增強(qiáng)時(shí)間。5.5極端風(fēng)速模型ewm50a極端風(fēng)速V式中:z6運(yùn)行模型及載荷三維湍流的仿真設(shè)置中,Y>60,可以選擇70,Z可以選擇100,網(wǎng)格空間一般為6~7m,x=10Hz,按照認(rèn)證要求,湍流仿真時(shí)間應(yīng)超過30s,這里可以選擇600s。生成的三維湍流波形如圖1所示。選擇沈陽工業(yè)大學(xué)研制的SUT-1000樣機(jī)為對象,其基本計(jì)算參數(shù):風(fēng)輪直徑60.62m;葉片數(shù)目3;輪轂中心高度59.14m;塔架高57.175m;主軸傾角5°;風(fēng)輪錐角0°;塔架位置為上風(fēng)向;齒輪箱傳輸比為78.159;功率調(diào)節(jié)方式為變速變距;切入風(fēng)速3.5m/s;額定風(fēng)速12m/s;切出風(fēng)速25m/s。在blade軟件中輸入機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù),然后進(jìn)行模態(tài)分析、氣動(dòng)性能計(jì)算、穩(wěn)態(tài)性能計(jì)算和動(dòng)態(tài)性能計(jì)算。在動(dòng)態(tài)模擬里面,依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),分別計(jì)算各外部條件下的載荷情況。計(jì)算的載荷類別如表1所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的坐標(biāo)系和部分載荷如圖2,3,4所示。7風(fēng)機(jī)外部風(fēng)況載荷仿真計(jì)算針對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各外部風(fēng)況進(jìn)行分析,研究了各工況下風(fēng)速條件的模擬及參數(shù)設(shè)定,利用仿真模擬的方法,以