GHBladed理論手冊(cè)資料

GHBladed理論手冊(cè)

1.緒論

目的

GHBladed是一個(gè)關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能和負(fù)載計(jì)算的集成軟件包。應(yīng)用于以下方面：

?風(fēng)力發(fā)電機(jī)初步設(shè)計(jì)

?詳細(xì)設(shè)計(jì)及部件規(guī)范

?風(fēng)力發(fā)電機(jī)的驗(yàn)證

本軟件有著尖端的用戶繪圖界面，允許用戶直接完成下列任務(wù)：

?所有風(fēng)機(jī)參數(shù)，風(fēng)速輸入和載荷的規(guī)范。

?穩(wěn)態(tài)特性的快速計(jì)算，包括：

O空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)

O性能系數(shù)

O功率曲線

O穩(wěn)定運(yùn)行載荷

?穩(wěn)定停機(jī)載荷

?完成以下動(dòng)態(tài)仿真：

?正常運(yùn)行

O啟動(dòng)

O正常與緊急停車

?空轉(zhuǎn)

?停車

?動(dòng)態(tài)功率曲線

?所得結(jié)果的后期處理：

?基本統(tǒng)計(jì)

O周期分量分析

?概率密度，峰值和平面交叉分析

O譜分析

?交叉普，一致性和傳遞功能分析

O雨流周期計(jì)算和疲勞分析

?變量的集合

O產(chǎn)生的年功率

?最終載荷（惡劣狀況的可鑒別性）

?嚴(yán)重閃變

?陳述：結(jié)果可以以圖解形式描述或整理成文字報(bào)告。

理論背景

GH計(jì)算風(fēng)機(jī)性能和載荷的方法已經(jīng)研發(fā)了好多年。這種主要的研發(fā)目標(biāo)已經(jīng)取得了用

于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的可靠工具。

本軟件中的模型和理論方法已經(jīng)通過(guò)許多不同型號(hào)和配置的風(fēng)機(jī)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)被加以驗(yàn)證泡

括：

?WEGMS-1,UK,1Q91

?HowdenHWP300andHWP330,USA,1993

?WCN25mHAT,Netherland,1993

?Newinco500Kw,Netherland,1993

?Nordex26m,Denmark,1993

?NibeA,Denmark,1993

?HolecWPS30,Netherlands,1993

?RivaCalzoniM30,Italy,1993

?Nordtank300KW,Denmark,1994

?WindMaster750kw,Netherlands.1994

?Tjaereborg2MW,Denmark,1994

?ZondZ-40,USA,1994

?Nordtank500KW.UK.1995

?VestasV27,Greece,1995

?Danwin200kw,Sweden,1995

?Carter300kw,UK,1995

?NedWind50.1MW,Netherlands,1996

?DESA,300KW,Spain1997

?NTK600,UK,1998

?WestMedit,ltaly,1998

?Nordex1.3MW,Germany,1999

?TheWindTurbineCompany350kw,USA,2000

?Windtec1.3MW,Austria,2000

?WEGMS-4400KW,UK,2000

?EHN1.3MW,Spain,2001

?Vestas2MW.UK,2001

?Lagerwey750Netherlangds,2001

?Vergnet200,France2001

這些文獻(xiàn)描述了GHBladed軟件中不同模型和具體的數(shù)字方法的理論背景。

支持

GHBladed軟件提供一年的維護(hù)和支持協(xié)議，本協(xié)議可持續(xù)更新。這項(xiàng)支持包括使用

電話的熱線幫助服務(wù)，傳真或電子郵件：

電話：+44(0)1179729900

傳真：+44(0)1179729901

E-mail:bladed@bristol.garradhassan.co.uk

1.4文件

除了本理論手冊(cè)，還有GHBladed用戶手冊(cè)用以介紹編碼的使用。

1.5感謝

發(fā)展于JOULEII項(xiàng)目下的GHBladed得到了歐洲協(xié)會(huì)的代理的幫助，其項(xiàng)目編號(hào)為

JOU2-CT92-0198o

2.空氣動(dòng)力學(xué)

由本公司提供的風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)的建模是以對(duì)組合葉素確定一個(gè)好的處理和動(dòng)力理論

為基礎(chǔ)的。動(dòng)力理論的兩個(gè)主要的擴(kuò)展是用來(lái)選擇編碼以處理空氣動(dòng)力學(xué)的不穩(wěn)定性。這兩

個(gè)擴(kuò)展中的第一個(gè)允許尾跡的動(dòng)力學(xué)的使用，第二個(gè)通過(guò)使用一個(gè)失速滯后模型給出動(dòng)力學(xué)

失速的陳述。

下面給出由Bladed提供的風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)的運(yùn)用的不同方面的理論背景。

2.1組合葉素和動(dòng)量理論

由Bladed提供的空氣動(dòng)力學(xué)模型的核心是組合葉素和動(dòng)量理論。風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)的運(yùn)用的

特點(diǎn)描述如下。

2.1.1起動(dòng)圓盤模型

為了幫助理解組合葉素和動(dòng)量理論，開始時(shí)將風(fēng)輪看作是一個(gè)起動(dòng)圓盤是非常有用的。

盡管這一模型非常簡(jiǎn)單，它還是為風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)提供了頗有價(jià)值的視野。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過(guò)在穿過(guò)風(fēng)輪橫掃面的靜壓產(chǎn)生一個(gè)級(jí)變來(lái)從風(fēng)中吸取能量的。當(dāng)氣流

到達(dá)風(fēng)輪時(shí)它逐漸降速，導(dǎo)致靜壓得降低，通過(guò)風(fēng)輪圓盤的靜壓的減少導(dǎo)致了后面的氣流形

成了一個(gè)次級(jí)氣壓。當(dāng)氣流為下風(fēng)向時(shí)，氣壓就會(huì)爬回到導(dǎo)致風(fēng)速進(jìn)一步降低的氣流值。

因此風(fēng)的動(dòng)能就會(huì)減少，而這些動(dòng)能是可以由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為有用能的。

在以上描述的起動(dòng)圓盤模型的過(guò)程中，在風(fēng)輪圓盤的風(fēng)速U”與上風(fēng)向的風(fēng)速有下

面的聯(lián)系：

力=0-也

在風(fēng)輪圓盤處減小的風(fēng)速明顯的由。的大小決定，。是軸向流動(dòng)感應(yīng)因數(shù)或流入因數(shù)。

通過(guò)應(yīng)用Bernoulli等式并假定流動(dòng)是均衡的和不可壓縮的，由風(fēng)輪所產(chǎn)生的功率P可由下

式給出：

此處p是空氣密度，A是風(fēng)輪圓盤的面積。

作用在風(fēng)輪圓盤上的推力T可近似有下式給出：

r=2pAU02a(j)

無(wú)星綱的功率和推力因數(shù)，C〃和分別表示如下：

2

CP=P/{^pAU(^=4a(\-a)

CT=T/(y2pAU^=^a(\-a)

功率因數(shù)的最大值是16/27,此時(shí)。等于1/3,這是由Betz限制得到的。

推力因數(shù)C/?的最大值是1,此時(shí)。是1/2。

2.1.2尾流旋轉(zhuǎn)

上面所用的起動(dòng)圓盤的概念允許從風(fēng)中吸取能量的估計(jì)而不考慮由風(fēng)輪所吸收的轉(zhuǎn)化

成風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩Q和角速度。的那部分能量。風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩必須產(chǎn)生一個(gè)與對(duì)應(yīng)風(fēng)速角度動(dòng)量變

化率相等，并因此降低氣流切線方向的速率。根據(jù)切線方向氣流感應(yīng)因數(shù)〃可以明確確定

切線方向的速率的變化。風(fēng)輪圓盤上風(fēng)向的切線速率是3,在半徑為r的風(fēng)輪的圓盤上的切

線速率是。，a,遠(yuǎn)離下風(fēng)向的切線速率是因?yàn)榍芯€速率反作用于轉(zhuǎn)矩上，所以它

與葉片的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的。

風(fēng)輪所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與角度變化成比例可以表示如下：

Q=7ipR4(\-a)aU^

2.1.3葉素理論

組合葉素和動(dòng)量理論是上述起動(dòng)圓盤理論的拓展。風(fēng)輪葉片被分成許多的葉素，前面描

述的理論并不是將風(fēng)輪圓盤作為一個(gè)整體來(lái)應(yīng)用，而是應(yīng)用在每一個(gè)葉素所掃略過(guò)的一系列

圓環(huán)上。并且假定每一個(gè)圓環(huán)都是作為一個(gè)獨(dú)立的起動(dòng)圓盤以相同的方式起作用。在每一個(gè)

徑向位置上軸向和角度動(dòng)量的變化率與每一個(gè)葉片元素所產(chǎn)生的推力和轉(zhuǎn)矩相等。

半徑為「處長(zhǎng)度為dr的葉素所產(chǎn)生的推力4T為：

2

dT=%pW(CLcos</)+CDsin(/))cdr

其中W是葉素的視在風(fēng)速向量的模，。是入射角，指定了相對(duì)于葉片旋轉(zhuǎn)平面的視在風(fēng)速

矢星的方向,c是葉素的弦，G和C〃分別是升力系數(shù)和阻力系數(shù)。

機(jī)翼的升力和阻力系數(shù)由下式確定：

2

CL=L/^pVS)

2

CD=D/^pVS)

其中L和D是升力和阻力，S是機(jī)翼的俯視面積，V是相對(duì)于機(jī)翼的風(fēng)速。

半徑為r處長(zhǎng)度為力?的卜素所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩dQ為：

2

dQ=%pWr(CLsin^-CDcos(/))cdr

為了解決適合特殊葉素徑向位置的軸向與切線氣流感應(yīng)因數(shù)，葉素所產(chǎn)生的推力和轉(zhuǎn)矩與通

過(guò)葉素掃略的圓環(huán)的軸向和角度動(dòng)量的變化率相等。應(yīng)用軸向和角度動(dòng)量的表達(dá)類似于上面

2.1.1和2.1.2部分的起動(dòng)圓盤，環(huán)形感應(yīng)系數(shù)表述如下：

a=gj(l+gj

。=?/(1一&2)

其中

,_Be(Gcos0+G)sin0)H

的271r4Fsin2

Be(C\sin°—CDcos。)

271r4Fsin^cos^

此處B是葉片的數(shù)量，F(xiàn)是考慮到葉尖和輪轂損耗的因數(shù)，參考2.1.4部分。

參數(shù)H定義如下:

當(dāng)440.3539時(shí)，//=!.()

4a(l-〃)

當(dāng)時(shí)，

a>0.3539H=(0.6+0.61。+0.79。2)

當(dāng)軸向感應(yīng)系數(shù)。大于0.5時(shí)，風(fēng)輪過(guò)載并運(yùn)行在“湍流尾流狀態(tài)”。在此條件下2.1.1部分

所展現(xiàn)的執(zhí)行圓盤理論不再有效，推力系數(shù)的表達(dá)式：

CT-4a(l-a)

必須由經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式取代：

CT=0.6+0.616/+0.79

Bladed葉素理論的實(shí)現(xiàn)是基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腶值大于0.3539而不是0.5的變換。這一策略導(dǎo)

致了兩種氣流狀態(tài)模型之間的平滑轉(zhuǎn)換。

a與/所展現(xiàn)的等式只能給出迭代格式。其過(guò)程包括給出a和，的初始估計(jì)值，計(jì)算作為a

和a1函數(shù)的參數(shù)&和g?，然后用上面的等式來(lái)修正a和a'的值。一直持續(xù)這個(gè)過(guò)程直到〃

和,達(dá)到要求的值。在Bladed中假設(shè)下面的情況下才會(huì)得到解：

a'k-<-i4，。1

其中tol是用戶所允許的空氣動(dòng)力公差值。

2.1.4葉尖與輪轂損耗模型

風(fēng)機(jī)風(fēng)輪的尾流在每一個(gè)風(fēng)輪葉片之后形成一個(gè)漩泗。因此在風(fēng)輪盤面上固定點(diǎn)的感應(yīng)

速率不是時(shí)間常數(shù)，而是在每一個(gè)葉片的通道之間波動(dòng)，旋轉(zhuǎn)片的槳距越大，葉片的數(shù)量越

多，感應(yīng)速率的變化量就越大。整體效果就是減少純動(dòng)量變化并因此減少純發(fā)電功率。如果

感應(yīng)系數(shù)。定義為葉片通過(guò)風(fēng)輪盤面的一個(gè)給定點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)值，在那一點(diǎn)的平均感應(yīng)系數(shù)將

是，此處F,是一個(gè)低于整體的系數(shù)。

通過(guò)與在航空機(jī)翼的葉尖上相同的方式，尾流漩渦將葉片葉尖上的流通降低到0。因此，

在葉尖上系數(shù)F,?是0。按照航空機(jī)翼的類推，這一降低是由來(lái)自葉尖痕跡的漩渦造成的，￡

作為葉尖降低系數(shù)。

Prandtl[2.2]采用一種方法來(lái)處理這種螺旋槳理論。結(jié)果，遠(yuǎn)離尾流，螺旋渦流平面可

以由實(shí)心盤面代替，調(diào)整相同的槳距為以尾流速度移到下風(fēng)向的連續(xù)旋轉(zhuǎn)片之間的正常的問(wèn)

距。

尾流之外的流速是自由氣流值因此要比盤面上的快。在盤面的邊緣，最快的自由氣流其

波形彎曲介于兩者之間，故造成了盤面之間的平均軸向速率要比盤面本身的速率高，因此要

模擬動(dòng)量改變的降低。

系數(shù)F,可以表示如下：

E二%arcco{exp（一%）|

此處s是來(lái)自風(fēng)輪葉片的葉尖處半徑的距離d是兩個(gè)連續(xù)螺旋片的距離。

同在葉尖處相似在葉片的根部也發(fā)生了類似的降低，氣流一定降到0,因此渦流被拖到

尾部，可計(jì)算出獨(dú)立的輪轂降低系數(shù)乙,在葉片任何乳位的有效高度降低系數(shù)為：

F=FE

結(jié)合的葉尖和輪轂降低系數(shù)被用在上面2.1,3部分提到的葉素理論的等式中。

2.2尾流模型

2.2.1平衡尾流

對(duì)于風(fēng)機(jī)性能的時(shí)域動(dòng)態(tài)模擬的葉素理論的應(yīng)用是假設(shè)尾流瞬時(shí)起作用于葉片載荷的

變化。這種處理被認(rèn)為是一種平衡尾流模型，涉及在每一個(gè)風(fēng)輪葉片的每一個(gè)元素和動(dòng)態(tài)模

擬的每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的軸向和切線的感應(yīng)系數(shù)的重新計(jì)算?；谶@種處理沿每一個(gè)葉片的誘

導(dǎo)速度可以以瞬時(shí)解的形式求得其在特殊氣流條件和每一個(gè)葉片的每一個(gè)元素所承受的載

荷下的解。

很明顯，在葉素理論的說(shuō)明中特殊的葉素軸向與切線方向感應(yīng)速率隨時(shí)間而變化且在由

葉素掃略的環(huán)面里并非常數(shù)。

葉素理論的平衡尾流處理是此處所描述的三個(gè)處理中最要求計(jì)算的。

2.2.2靜態(tài)尾流

在靜態(tài)尾流模型中，對(duì)于統(tǒng)一風(fēng)場(chǎng)在平均輪轂高度處的模擬風(fēng)條件下的風(fēng)速苴軸向與切

線方向的誘導(dǎo)速度是通過(guò)使用葉素理論來(lái)計(jì)算的。根據(jù)平均，統(tǒng)一的氣流條件計(jì)算的誘導(dǎo)速

率被假定是固定的或者在時(shí)間上是靜態(tài)的。沿葉片方向從一個(gè)葉素到另一個(gè)葉素的誘導(dǎo)速率

是不同的但在由葉素掃略的環(huán)面里卻是常數(shù)。因此，每一個(gè)葉片經(jīng)歷著相同的相同的誘導(dǎo)氣

流的徑向分布。

注意到此處的靜態(tài)對(duì)象是軸向和切線方向的誘導(dǎo)速率和，乂2而不是感應(yīng)系數(shù)。

和，是非常重要的。

2.2.3動(dòng)態(tài)尾流

誠(chéng)如以上所描述的，平衡尾流模型假設(shè)尾流和誘導(dǎo)速率流場(chǎng)在葉片載荷中同時(shí)發(fā)生變

化。另一方面，靜態(tài)尾流模型假設(shè)誘導(dǎo)流場(chǎng)在瞬時(shí)風(fēng)條件和葉片載荷中其變化是完全獨(dú)立的。

實(shí)際上這些處理嚴(yán)格來(lái)說(shuō)沒(méi)有一種是正確的。葉片載荷的變化改變了風(fēng)輪尾流拖拉而成的漩

渦，這些改變的整體效果花費(fèi)了有限的時(shí)間來(lái)改變誘導(dǎo)流場(chǎng)。與此方法相關(guān)的動(dòng)態(tài)一般是被

作為“動(dòng)態(tài)注入”。

動(dòng)態(tài)注入的研究始于40年前的直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的文章。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這一理論提供了

一種描述風(fēng)輪載荷所經(jīng)歷的誘導(dǎo)流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)相關(guān)性。Bladed所用的動(dòng)態(tài)注入模型是以在直

升機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)得以真實(shí)確認(rèn)的Pitt和Peters的論文為基礎(chǔ)的，參考舉例Gaonker等[2.4]O

Pitt和Peters模型的最初發(fā)展是對(duì)于一個(gè)啟動(dòng)盤，假設(shè)此啟動(dòng)盤涉及穿過(guò)盤面的入流

的分布。在Bladed里，既然這個(gè)模型避免了任何關(guān)于穿過(guò)盤面的人流的分布的假設(shè)，因此

它被用在葉素和啟動(dòng)輪等級(jí)中。

由半徑與和&所確定的葉素需要以風(fēng)速，基本推力，47來(lái)均勻軸向氣流，表達(dá)式

如下：

dT=2U^atn+U[ymAd

其中m是流過(guò)環(huán)面的質(zhì)量，加八是環(huán)面作用的外觀質(zhì)量，a是軸向感應(yīng)系數(shù)。

流過(guò)換面葉素的質(zhì)量由下式給出：

tn=pU^(\-a)dA

其中4A環(huán)面的橫截面積。

對(duì)于半徑為R的圓盤，它所作用的外觀質(zhì)量基本上是通過(guò)勢(shì)論，Tuckerman[2.5]給出的：

%=%。斤

因此與環(huán)面相關(guān)的推力系數(shù)表達(dá)如下：

二4&\16（凡3一靡）

’3叫）（R；一R：）

因此微分等式可以用來(lái)代替葉素理和動(dòng)量理論等式計(jì)算軸向入流。等式在每一個(gè)步長(zhǎng)

上積分已給出葉片上葉素的入流值所確定的時(shí)間。切線方向的入流用常用的方式就能得到，

因此它依賴于軸向值所確定的時(shí)間。已經(jīng)證明等式將一個(gè)時(shí)間滯后引入由徑向位置所確定的

入流的計(jì)算中。

可能對(duì)于每一個(gè)在這種方式下計(jì)算的葉素來(lái)說(shuō)時(shí)間滯后值將低估動(dòng)態(tài)人流的某些效

果，比如單獨(dú)處理一個(gè)葉素而不考慮尾流的三維性或者葉尖渦流的可能的支配效果。然而這

種處理是與葉素理論相一致的，它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、計(jì)算便宜并可靠的風(fēng)輪尾流和誘導(dǎo)速度

流域的模擬動(dòng)態(tài)的方法。

2.3靜態(tài)失速

關(guān)于旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)失速的一般理解的陳述及一定的延伸依然比較

少?？紤]到相對(duì)于工業(yè)來(lái)說(shuō)失速的重要性這便成為一種非常特別的情形。

由于三維的入射流場(chǎng)風(fēng)輪葉片的艙內(nèi)部分的失速延遲已經(jīng)通過(guò)模型和實(shí)體的測(cè)量得以

全面驗(yàn)證。許多半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)發(fā)展成校正二維機(jī)翼數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算失速延遲。盡管這種模型被

用在失速調(diào)節(jié)風(fēng)輪的設(shè)計(jì)分析上，但是現(xiàn)在，應(yīng)用于大部分的機(jī)翼部分和風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的綜合有

效性比較薄弱。因此，Bladed并沒(méi)有具體的機(jī)翼數(shù)據(jù)修正模型來(lái)處理失速延遲，但是用戶

能夠應(yīng)用任何他認(rèn)為較先前輸入編碼合適的機(jī)翼數(shù)據(jù)的修正。

2.4動(dòng)態(tài)失速

失速及其結(jié)果對(duì)于大多數(shù)動(dòng)力學(xué)設(shè)施的設(shè)計(jì)和運(yùn)行是非常重要的。大多數(shù)傳統(tǒng)航空力學(xué)

的應(yīng)用都是通過(guò)很好的控制在所用機(jī)翼的靜態(tài)失速角之下來(lái)避免失速的。然而，直升機(jī)與失

速調(diào)節(jié)的風(fēng)輪機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，此狀態(tài)為至少他們的風(fēng)輪葉片有一部分是在失速狀態(tài)。確實(shí)失

速調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)依靠機(jī)翼的失速行為來(lái)限制風(fēng)輪在高風(fēng)速時(shí)的最大功率輸出。

一定的不穩(wěn)定度總是伴隨著高度沖擊時(shí)機(jī)翼上面的湍流。經(jīng)歷不穩(wěn)定狀態(tài)的提升表面的

失速比靜態(tài)失速更復(fù)雜。

在傾角快速增長(zhǎng)的振蕩機(jī)翼上，失速的起始時(shí)間可以延遲到傾角大大超過(guò)靜態(tài)失速角。

然而，當(dāng)動(dòng)態(tài)失速發(fā)生時(shí)，通常要比靜態(tài)失速更加嚴(yán)重?？諝鈩?dòng)力與力矩相對(duì)于沖擊的瞬態(tài)

角呈現(xiàn)出很大的滯后，尤其是當(dāng)振蕩為接近于靜態(tài)失速角的平均角。對(duì)于直接，唯一的流場(chǎng)

調(diào)整的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，傾角的每一次變化都呈現(xiàn)出非常重要的差異。

許多預(yù)測(cè)機(jī)翼部分動(dòng)態(tài)失速的方法已經(jīng)得以發(fā)展，主要用于直升機(jī)行業(yè)。

采用的包括機(jī)翼的不穩(wěn)定性在內(nèi)的方法取自Beddoeso發(fā)展Beddoes模型用于直升機(jī)

風(fēng)輪性能計(jì)算，并且對(duì)于用于直升機(jī)風(fēng)輪的機(jī)翼部分的動(dòng)態(tài)風(fēng)道測(cè)試已經(jīng)闡述了很多年。已

經(jīng)被Harris和Galbraith等公司成功用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的行為預(yù)測(cè)。

Bladed中所用的模型是Beddoes模型的發(fā)展，已經(jīng)被幾種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的失速調(diào)節(jié)的測(cè)

量得以驗(yàn)證。此模型可利用以下在［2.8］中描述的模型元素來(lái)計(jì)算非穩(wěn)定升力系數(shù)。

?附加氣流的模擬的階躍響應(yīng)功能

?單獨(dú)葉片后緣和渦流升力的模擬的時(shí)間滯后基爾霍夫公式

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)機(jī)翼前緣的模型應(yīng)用在水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上并不合適，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

的機(jī)翼特性由逐次葉片后爆失速支配。

在單獨(dú)葉片后緣的發(fā)展的時(shí)間延遲是一個(gè)Bladed執(zhí)行模型的用戶定義參數(shù)。時(shí)間滯后

包括對(duì)于變化沖擊角的壓力分布和界面層的響應(yīng)的延遲。時(shí)間延遲的大小直接與升力系數(shù)的

滯后等級(jí)有關(guān)。

應(yīng)用伴隨升力系數(shù)的計(jì)算所確定的有效的不穩(wěn)定沖擊角的半穩(wěn)定輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算阻力

矩和俯仰力矩。

3結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

工業(yè)發(fā)展早期，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)采用的是受結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)影響的半靜態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)

算，這種影響或者被徹底忽略或者通過(guò)估計(jì)動(dòng)態(tài)放大因數(shù)的使用而誘導(dǎo)出。從1970年以

后科研人員開始考慮動(dòng)態(tài)分析的更可靠的方法，因此得到兩個(gè)基本方法：有限元表示和模態(tài)

分析。

標(biāo)準(zhǔn)的慣例應(yīng)用處理結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的商業(yè)有限元分析編碼在風(fēng)機(jī)中還存在一定的問(wèn)

題。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的一部分的總的運(yùn)動(dòng)，風(fēng)輪，至于另一部份則為塔架。標(biāo)準(zhǔn)有限元軟件包

只用于考慮對(duì)于一個(gè)平均的不可取代的位置發(fā)生運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，鑒于此對(duì)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的風(fēng)機(jī)

的有限元模型進(jìn)行了特別構(gòu)造來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。

作為設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)最普遍的應(yīng)用的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬形式是包括一個(gè)模態(tài)表示。這種方法借

鑒于直升機(jī)行業(yè)，其最大優(yōu)勢(shì)就是它提供了一個(gè)相對(duì)少自由度的風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)的可靠表示。

用于表示特殊風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)的模態(tài)自由度的數(shù)量及類型取自設(shè)備本身的外形及結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在，在很大程度上因?yàn)橥卣沟挠?jì)算機(jī)程序要求結(jié)合有限元模型的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)分析風(fēng)

機(jī)動(dòng)力學(xué)模擬的文章中藝術(shù)情形是基于自由模特模型的有限度數(shù)的使用。Bladed中風(fēng)機(jī)結(jié)

構(gòu)動(dòng)力學(xué)的表示是以一個(gè)模態(tài)模型為基礎(chǔ)的。

3.1模態(tài)分析

因?yàn)橄鄬?duì)于塔架支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)的葉片的旋轉(zhuǎn)，描述其動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程含有周期系

數(shù)。周期性意味著作為一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)實(shí)體一臺(tái)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)的模態(tài)特性的計(jì)算不可能使用商

業(yè)有限元編碼提供的標(biāo)準(zhǔn)特征分析。

解決此問(wèn)題的一種方法是用弗洛蓋分析來(lái)確定周期系統(tǒng)的模態(tài)特性。然而，由這種計(jì)

算所獲得的模式非常復(fù)雜且不能直接用于強(qiáng)制響應(yīng)分析。

取而代之的方法是以“元件模式和成”為基礎(chǔ)的。此處風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)部件的模態(tài)特性

獨(dú)立計(jì)算。在強(qiáng)制響應(yīng)分析中元件模式由風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)等式的適當(dāng)?shù)墓奖磉_(dá)連接起來(lái)。這一方

法已經(jīng)被Bladed所采用。

3.1.1風(fēng)輪模式

風(fēng)機(jī)風(fēng)輪的錐形與螺旋形的葉片的振動(dòng)是一個(gè)很復(fù)雜的現(xiàn)象。表示這一振動(dòng)的經(jīng)典方法

是依靠正交，結(jié)構(gòu)的非耦合“標(biāo)準(zhǔn)”振蕩模。每一個(gè)模式都是根據(jù)以下參數(shù)定義的：

?模型頻率，?

?模型的阻尼系數(shù)，,

?模態(tài)振型，（/）卜）

其中寫在下方的i表示第，個(gè)模態(tài)的特性。

模態(tài)頻率和風(fēng)輪的模態(tài)振型是根據(jù)以下信息計(jì)算出來(lái)的：

沿葉片的質(zhì)量分布。

質(zhì)量分布根據(jù)任何離散的、集中的塊的數(shù)量和位置作為每一個(gè)徑向位置上的局部質(zhì)量密

度定義的。

沿葉片的鸞曲硬度。

彎曲硬度是在每一個(gè)徑向位置的局部？副翼方式和邊緣方式？的方向上被定義的。

沿葉片的扭轉(zhuǎn)角分布。

模態(tài)振型是在平面上和平面外的方向上計(jì)算的，因此在每一個(gè)徑向位置的flapwiseand

edgewise硬度都是通過(guò)局部扭轉(zhuǎn)角解決的。

葉片槳距及設(shè)定槳距角。

模態(tài)振型是在平面上和平面外的方向上計(jì)算的，因此在每一個(gè)徑向位置的flapwiseand

edgewise硬度都是通過(guò)葉片槳距及設(shè)定槳距角解決的。Bladed用戶可以選擇一系列用于

執(zhí)行模型分析的不同槳距角。在以后的動(dòng)力學(xué)仿真中，適合瞬時(shí)葉片槳距角的模型頻率由模

型分析結(jié)果的線性插值得到。

雙葉片風(fēng)輪輪轂搖擺合頁(yè)的存在及其他方式。

對(duì)于雙葉片風(fēng)輪輪轂可能是剛性的或者搖擺的。搖擺合頁(yè)的存在將引入一個(gè)包括搖擺合

頁(yè)的風(fēng)輪的平面外旋轉(zhuǎn)的不對(duì)陳風(fēng)輪模型。

單葉片風(fēng)輪明合頁(yè)的存在及其他方式O

對(duì)于單葉片風(fēng)輪輪轂可能是剛性的或者有一個(gè)明合頁(yè)。明合頁(yè)的存在將引入一個(gè)包括搖

擺合頁(yè)的風(fēng)輪的平面外旋轉(zhuǎn)的不對(duì)陳風(fēng)輪模型。

單葉片風(fēng)輪明合頁(yè)的抗衡質(zhì)量和慣性力矩。

如果輪轂可以旋轉(zhuǎn)。

輪轂的旋轉(zhuǎn)會(huì)影響風(fēng)輪模型的頻率和模態(tài)振型。隨著軸的制動(dòng)及風(fēng)輪鎖定在適當(dāng)?shù)奈?/p>

置，平面內(nèi)模型將包括對(duì)稱和不對(duì)陳懸臂式兩種模型。伴隨著風(fēng)輪自由旋轉(zhuǎn)，懸臂式不對(duì)陳

模型被包含風(fēng)輪軸旋轉(zhuǎn)的不對(duì)陳模型所代替。

風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度。

平面內(nèi)與平面外模型的頻率和模態(tài)振型隨風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度而定。由于作用在偏離風(fēng)輪葉

片的離心載荷，這種依賴可以通過(guò)傳統(tǒng)的彎曲剛度的發(fā)展得以解釋。Bladed用戶可以選擇

一系列用于執(zhí)行模型分析為不同旋轉(zhuǎn)速度。在以后的動(dòng)力學(xué)仿真中，適合瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度的模

型頻率由模型分析結(jié)果的線性插值得到。

風(fēng)輪模型的頻率和模態(tài)振型是計(jì)算自風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的有限元表示的特征值和特征向量。風(fēng)輪

的有限元模型是以二維流束元的應(yīng)用為基礎(chǔ)來(lái)描述風(fēng)輪葉片的質(zhì)量與硬度特性。

風(fēng)輪模型分析的輸出是定義在風(fēng)輪平面內(nèi)和平面外方向的模型頻率和模態(tài)振型。模型的

阻尼系數(shù)是由用戶定義的輸入值可以用來(lái)表示結(jié)構(gòu)阻尼。

3.1.2塔架模型

塔架的彎曲動(dòng)力學(xué)的表示是以縱向與并行方向的運(yùn)動(dòng)的模型自由度為基礎(chǔ)的。相對(duì)于風(fēng)

輪，塔架模型是根據(jù)他們的模型頻率，模型阻尼和模態(tài)振型來(lái)定義的。

塔架的模型頻率和模態(tài)振型是以下列信息為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的：

沿塔架的質(zhì)量分布

質(zhì)量分布根據(jù)任何離散的、集中的塊的數(shù)量和位置作為塔架位置高度的局部質(zhì)量密度定

義的。

沿塔架鸞曲硬度

假設(shè)塔架是軸對(duì)稱的，因此其彎曲硬度不受彎曲方向約束。

塔架基礎(chǔ)的質(zhì)量,慣性和硬度特性。

在塔架彎曲模型中的基礎(chǔ)質(zhì)量和硬度特性的影響可以計(jì)算，模型考慮了相當(dāng)于移動(dòng)及轉(zhuǎn)

動(dòng)硬度的基礎(chǔ)質(zhì)量和慣性運(yùn)動(dòng)。

機(jī)艙及風(fēng)輪的質(zhì)量和慣性

為了塔架模型的計(jì)算，機(jī)艙和風(fēng)輪分別作為位于重力的機(jī)艙中心和風(fēng)輪輪轂的集中塊和

慣量來(lái)進(jìn)行模擬。對(duì)于單葉片和雙葉片的風(fēng)輪，風(fēng)輪慣量在塔架模型特性上的影響由風(fēng)輪方

位角確定，因此用戶可以自行定義。帶有風(fēng)輪方位角的塔架模型頻率的變化通常都很小，因

此對(duì)于模型分析的單個(gè)風(fēng)輪方位角位置的假設(shè)是一個(gè)可靠的近似值。當(dāng)然，用戶可以通過(guò)對(duì)

一系列不同的風(fēng)輪方位角進(jìn)行模型分析來(lái)確定塔架模型頻率的方位角變化的拓展。

塔架模型的頻率和模態(tài)振型是計(jì)算自塔架結(jié)構(gòu)的有限元表示的特征值和特征向量。塔架

的有限元模型是以二維流束元的應(yīng)用為基礎(chǔ)來(lái)描述塔架的質(zhì)量與硬度特性。

塔架模型分析的輸出是定義在縱向與平行方向的模型頻率和模態(tài)振型。模型的阻尼系數(shù)

是由用戶定義的輸入值可以用來(lái)表示結(jié)構(gòu)阻尼。

3.2運(yùn)動(dòng)方程

因?yàn)樾D(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)元件的模型自由度的耦合的復(fù)雜性，包括風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程的求導(dǎo)的代數(shù)

處理是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。在Bladed的動(dòng)態(tài)模型中，已經(jīng)通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)代數(shù)軟件包執(zhí)行了

求導(dǎo)并將其用于能量原理和拉格朗日等式中。

3.2.1自由度

Bladed中包括結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型的運(yùn)動(dòng)方程的自由度展示如下：

?風(fēng)輪平面外包括搖擺，最多6種模式

?風(fēng)輪平面內(nèi)，最多6種模式

?機(jī)艙偏航

?塔架縱向，最多3種模式

?塔架并行，最多3種模式

另外，此手冊(cè)的第4部分的描述提供了動(dòng)力傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)的經(jīng)典展示。

3.2.2運(yùn)動(dòng)方程的公式表示

假定沒(méi)有其他自由度的耦合，單個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)方程表示如下：

2

5①:q=FJMj

其中%是時(shí)間變量模型位移，

M.=卜7GM2(廠皿.是模型質(zhì)量，

rotor

Ft=]76?；2卜”/?是模型的動(dòng)力。

rotor

其中/(r)是整個(gè)風(fēng)輪或者塔架組成的分布力。

當(dāng)然，Bladed中自由度模型的偶合和運(yùn)動(dòng)方程的公式表示展現(xiàn)如下：

囚[+仁卜+的b=尸

其中［M］,［c］和［K］分別是模型質(zhì)量、阻尼和硬度矩除，q是模型位移向量，F(xiàn)是模型動(dòng)

力向量。系統(tǒng)矩陣是自由度的耦合并包含周期系數(shù)主要是因?yàn)轱L(fēng)輪和塔架的動(dòng)力學(xué)的時(shí)間變

量的相互作用。

因?yàn)樗鼈兊膹?fù)雜性，本手冊(cè)沒(méi)有展示動(dòng)態(tài)方程。然而卻提供了下面關(guān)鍵的內(nèi)容：

?盡管運(yùn)動(dòng)方程是以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的線形模型處理為基礎(chǔ)，模型并沒(méi)有包含起初聯(lián)想的陀螺

力矩的非線性條件。

?風(fēng)輪的自由搖擺度是由第一個(gè)平面外模型和包括機(jī)械阻尼、硬度和用戶指定的預(yù)加載荷

約束所表示的運(yùn)動(dòng)方程提供的。

?機(jī)艙偏航自由度的運(yùn)動(dòng)方程是以風(fēng)機(jī)的慣量為基礎(chǔ)的，此慣量是關(guān)于有用戶指定的偏航

阻尼和硬度提供的機(jī)械限制的偏航軸的。

?鑒于風(fēng)輪葉片的每一個(gè)葉素的總的結(jié)構(gòu)速度矢量和風(fēng)速矢量之間的相互作用，在運(yùn)動(dòng)方

程中考慮了空氣彈性變形。風(fēng)輪葉片的每一個(gè)葉素的總的結(jié)構(gòu)速度矢量是由每一個(gè)結(jié)構(gòu)

自由度的適當(dāng)?shù)乃俾屎徒M成。此外，也考慮到結(jié)構(gòu)速率反饋回風(fēng)輪葉片空氣動(dòng)力學(xué)，風(fēng)

輪搖擺的結(jié)構(gòu)位移和機(jī)艙偏航。

3.2.3運(yùn)動(dòng)方程的解答

運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)用變步長(zhǎng)，四階龍格-庫(kù)塔積分通過(guò)微分方程的時(shí)間-行程積分求解。

3.3結(jié)構(gòu)載荷的計(jì)算

作用在風(fēng)輪，動(dòng)力傳動(dòng)系和塔架上的結(jié)構(gòu)載荷可由用于空氣動(dòng)力載荷和慣性載荷的適當(dāng)

的總數(shù)計(jì)算而得。慣性載荷可由每一處的質(zhì)量特性和總的加速度矢量綜合計(jì)算而得?？偟募?/p>

速度矢量包括模態(tài)矢量，離心矢量，科里奧利矢量和重力矢量幾種。

4動(dòng)力傳動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)

動(dòng)力傳動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)定義驅(qū)動(dòng)鏈，驅(qū)動(dòng)鏈裝備和發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)的旋轉(zhuǎn)自由度。驅(qū)

動(dòng)鏈由低速軸，齒輪箱和高速軸組成。也可以模擬直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。

4.1驅(qū)動(dòng)鏈模型

4.1.1鎖定速度模型

適用的最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)鏈模型是鎖定速度模型，它允評(píng)動(dòng)力傳動(dòng)無(wú)自由度。因此假設(shè)風(fēng)輪

以絕對(duì)恒速旋轉(zhuǎn)，假設(shè)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)反作用轉(zhuǎn)矩與空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩向平衡。很明顯這一模型并不

適合啟動(dòng)和停車時(shí)的仿真，但是在驅(qū)動(dòng)鏈和發(fā)電機(jī)被完全表現(xiàn)出來(lái)之前，對(duì)于載荷與性能的

快速，初始計(jì)算非常有用，

4.1.2剛性軸模型

剛性軸模型是通過(guò)選擇無(wú)軸扭轉(zhuǎn)擾行的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)鏈模型得到的。它允許風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的

單個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度?？杀挥糜谒械挠?jì)算，如果驅(qū)動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)硬度非常高則可推薦此種模型。

發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪的加速度可以通過(guò)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的組合慣量劃分的轉(zhuǎn)矩的不平衡來(lái)計(jì)算，估計(jì)

出齒輪箱比率。直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)可以通過(guò)設(shè)定齒輪箱比率為1來(lái)簡(jiǎn)單模擬。扭矩不平衡實(shí)

質(zhì)上是在考慮齒輪箱比率的情況下空氣動(dòng)力學(xué)扭矩和發(fā)電機(jī)反作用扭矩及應(yīng)用的任何制動(dòng)

扭矩之間的差額。然而，需要修正此值以計(jì)算由于任何邊沿葉片振動(dòng)模式造成的葉片偏離的

慣性效應(yīng)。使用剛性軸模型，必須提供發(fā)電機(jī)模型，因此得到發(fā)電機(jī)反作用轉(zhuǎn)矩。

停車仿真期間，或者在停車仿真中一旦制動(dòng)使得風(fēng)輪靜止，實(shí)際制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)

矩平衡（如果制動(dòng)是在高速軸上則可估計(jì)出齒輪箱比率）且不再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。然而，如果空氣

動(dòng)力轉(zhuǎn)矩增大以至超過(guò)最大值或者應(yīng)用制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)開始滑動(dòng)且旋轉(zhuǎn)重新開始。

剛性驅(qū)動(dòng)鏈模型可以用在柔性驅(qū)動(dòng)鏈裝備的組合中，此處運(yùn)動(dòng)方程更復(fù)雜一參4.3部

分。

4.1.3柔性軸模型

單軸或雙軸柔性軸模型可以通過(guò)選擇扭轉(zhuǎn)擾性的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)鏈模型得到。它允許渦輪的風(fēng)

輪和發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)的自由度分離。低速與高速軸的扭轉(zhuǎn)擾性可以單獨(dú)設(shè)定。與剛性軸

模型類似，也必須提供發(fā)電機(jī)模型因此發(fā)電機(jī)反作用轉(zhuǎn)矩也是指定的。

渦輪的風(fēng)輪由于空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩（用于調(diào)節(jié)4.1.2部分所講的邊沿模型的作用）和低速軸

轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩不平衡而加速。發(fā)電機(jī)風(fēng)輪由于高速軸轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)反作用轉(zhuǎn)矩之間的不平

衡而加速。軸轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)軸扭轉(zhuǎn)與任何依靠剎車位置的應(yīng)用制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一起計(jì)算得到，剎車

位置可以被指定在高速軸或低速軸的末端。

在停車仿真期間，或者在停車仿真期間一旦制動(dòng)圓盤停止，根據(jù)剎車位置運(yùn)動(dòng)方程發(fā)生

變化。如果制動(dòng)臨近風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)其元件將不再旋轉(zhuǎn)，但其他元件將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)且相對(duì)于軸的

扭矩?cái)_性振動(dòng)。如果制動(dòng)臨近齒輪箱且雙軸是柔性的，則兩個(gè)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)將振動(dòng)。然而，

如果制動(dòng)圓盤的轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)至超過(guò)最大值或所應(yīng)用的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則制動(dòng)又開始滑動(dòng)。

柔性驅(qū)動(dòng)鏈模型可以用在有柔性驅(qū)動(dòng)鏈裝備的組合中，此處運(yùn)動(dòng)方程更加復(fù)雜一參考

4.3部分。

必須指出當(dāng)柔性軸模型在載荷預(yù)測(cè)中提供更大的準(zhǔn)確性時(shí)，對(duì)于高頻率的驅(qū)動(dòng)鏈振蕩模

型中的一種還是有一定潛力的，這有賴于發(fā)電機(jī)的慣性和軸硬度。這種高頻率模型的出現(xiàn)可

能導(dǎo)致較慢的仿真。

4.2發(fā)電機(jī)模型

如果剛性軸或者柔性軸驅(qū)動(dòng)鏈模型指定則必須提供發(fā)電機(jī)特性?？梢圆捎靡韵氯N發(fā)電機(jī)模

型：

?直接連接感應(yīng)電機(jī)模型（恒速渦輪機(jī)）

?變速發(fā)電機(jī)模型（變速渦輪機(jī)）

?變量滑動(dòng)發(fā)電機(jī)模型（提供上述變速的限制范圍）

4.2.1恒速感應(yīng)發(fā)電機(jī)

模型展示了一個(gè)直接連接到電網(wǎng)上的感應(yīng)電機(jī)。其特性是由滑差斜率力和瞬時(shí)短路時(shí)間

常數(shù)「確定的。氣隙或發(fā)電機(jī)反作用力矩。是由以下微分等式定義的：

T

其中。是實(shí)際發(fā)電機(jī)速度，g是發(fā)電機(jī)同步速度或空載速度。

滑差斜率由下式計(jì)算得到：

/?=—1—

皿（例-4）

其中口，是發(fā)電機(jī)在額定功率輸出P,時(shí)的速度，由叱=g（l+S/100）確定，此處S額定滑

動(dòng)百分?jǐn)?shù)，￡是發(fā)電機(jī)的滿載效率。

4.2.2恒速感應(yīng)發(fā)電機(jī)：電氣模型

Bladed也采用了一個(gè)更加完整的直接連接感應(yīng)電機(jī)模型。這個(gè)模型要求提供發(fā)電機(jī)的

等值電路參數(shù)（在工作溫度，而不是‘冷'值），以及極對(duì)數(shù)，電壓和電網(wǎng)的頻率。也可能模擬

功率因數(shù)修正電容器和輔助載荷例如發(fā)電機(jī)輔助裝置。等值電路結(jié)構(gòu)見圖4.1o

R$=Statorresistance

xs=Statorreactance

Rr=Rotorresistance

xr=Rotorreactance

xm=Mutualreactance

C=Powerfactorcorrection

Ra=Auxiliaryloadresistance

Xa=Auxiliaryloadreactance

s=slip

圖4.1感應(yīng)電機(jī)的等值電路

應(yīng)該給出星形連接的發(fā)電機(jī)的等值電路參數(shù)。如果發(fā)電機(jī)是角形連接，則電阻和電抗應(yīng)

當(dāng)除以3以轉(zhuǎn)換成等價(jià)的星形連接結(jié)構(gòu)。

電壓應(yīng)當(dāng)是均方根值線電壓形式。將峰值電壓轉(zhuǎn)換成均方根值形式要除以、方。將相電

壓轉(zhuǎn)換成線電壓要乘以6。

既然在發(fā)電機(jī)及其輔助設(shè)施中此模型必須包含電氣損耗，盡管可以指定機(jī)械損耗-參見

4.4部分，但是還是不可能指定任何額外的電氣損耗。

圖4.1所闡述的系統(tǒng)的電氣動(dòng)態(tài)的四種不同的模型如下：

?恒穩(wěn)態(tài)

?一階

?二階

?四階

恒穩(wěn)態(tài)模型簡(jiǎn)單計(jì)算了圖4.1中瞬時(shí)恒穩(wěn)態(tài)電流和電壓。一階模型將一個(gè)一階滯后引入

了滑差（s）和等效轉(zhuǎn)子電阻（R/s）之間的聯(lián)系中，所采用的瞬時(shí)短路時(shí)間常數(shù)由下式

給出：

其中X,，Xr=xr+x/M,牡是電網(wǎng)角頻率。

二階模型將發(fā)電機(jī)作為一個(gè)電壓源￡落后一個(gè)暫態(tài)電抗X'=X'—x//x,,忽略了暫態(tài)定

子流量：

其中。和匕,分別是定子電流和出口電壓。轉(zhuǎn)子磁鏈匕.的動(dòng)態(tài)方程可寫為：

1.

—7.―JSW,

其中S是組合滑差速度（發(fā)電為正），L轉(zhuǎn)子電流,根據(jù)感應(yīng)電壓￡應(yīng)用

上式可重寫為：

八+jX$.,.X「x‘

2

q+jx'一二百匕

V

其中八二一

①3

四階模型是發(fā)電機(jī)在d-q軸的表示，用Park變換將發(fā)電機(jī)的三相繞組等效成正交的兩

相繞組。應(yīng)用復(fù)數(shù)記法來(lái)表示電流和電壓的直軸與交軸的合成作為單個(gè)復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部，

可以得到：

X/+A?(1+S)7/+jx,x(\+s)k.

nr+

例力L」一一",/s(l+s)X"一/X匕(1+5)Ur_

其中所有的電壓和電流都是復(fù)數(shù)。

當(dāng)仿真速度要比精確度更重要，可以用到其中的一個(gè)低階模型。4階模型用在較高的精

確度要求的情況下，盡管在許多情況下低階模型給出了相似的結(jié)果。然而，低階模型并不能

給出啟動(dòng)瞬時(shí)的精確表示，

4.2.3變速發(fā)電機(jī)

這一模型應(yīng)當(dāng)被用在帶有頻率轉(zhuǎn)換器的變速發(fā)電機(jī)依據(jù)電網(wǎng)頻率解耦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。包括

發(fā)電機(jī)和頻率轉(zhuǎn)換器的變速驅(qū)動(dòng)可以整體仿真?，F(xiàn)代變速驅(qū)動(dòng)可以接受一個(gè)轉(zhuǎn)矩命令并在很

短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)它給出發(fā)電機(jī)空隙處所需轉(zhuǎn)矩，無(wú)關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(只要它是在設(shè)定范圍

內(nèi)卜一階滯后模型提供下面的響應(yīng)：

其中Q(l是命令轉(zhuǎn)矩，Q*是氣隙轉(zhuǎn)矩，晨是一階滯后模型的時(shí)間常數(shù)。注意，一個(gè)小的時(shí)

間常數(shù)的應(yīng)用可以導(dǎo)致一個(gè)較低的仿真。如果時(shí)間常數(shù)非常小，設(shè)定其為0則可加速仿真，

而對(duì)精確度沒(méi)有影響。

變速發(fā)電機(jī)要求一個(gè)控制器來(lái)發(fā)出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩命令，以使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速得以適當(dāng)?shù)恼{(diào)

整。Bladed所采用的控制模型的詳細(xì)情況見第5章。

最小和最大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須設(shè)定。如果設(shè)定一個(gè)負(fù)的最小轉(zhuǎn)矩則空轉(zhuǎn)就會(huì)發(fā)生。

假設(shè)流入電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率以與轉(zhuǎn)矩相同的時(shí)間常數(shù)控制，電流與電壓之間的

相角，功率因數(shù)便可設(shè)定，頻率轉(zhuǎn)換控制器則用來(lái)維持恒功率因數(shù)。

提供驅(qū)動(dòng)鏈阻尼反饋的選項(xiàng)。這表示附加功能可以用在頻率轉(zhuǎn)換控制器上，只要從測(cè)量

的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上加一個(gè)條件驅(qū)動(dòng)到引入的轉(zhuǎn)矩命令上即可。這個(gè)條件是作為作用在測(cè)量速度

上的轉(zhuǎn)移函數(shù)而定義的。轉(zhuǎn)移函數(shù)是拉普拉斯運(yùn)算的一個(gè)比率多項(xiàng)式。因此氣隙轉(zhuǎn)矩心的

等式為

0-QdIM〃水)

4(1+U)Den(s)"

其中Num(s)和Den⑸是多項(xiàng)式。轉(zhuǎn)移函數(shù)通常是一些調(diào)諧帶通濾波器設(shè)計(jì)來(lái)為驅(qū)動(dòng)鏈扭

力振動(dòng)提供阻尼的，在變速運(yùn)行情況下可能阻尼比較小，有時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的齒輪箱載荷。

4.2.4變滑差率發(fā)電機(jī)

變滑差率發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電抗的感應(yīng)電機(jī)。低于額定功率時(shí)，它與恒速感

應(yīng)電機(jī)相同，因此其參數(shù)要求與4.2.1部分相同。

超過(guò)額定值，變滑差率發(fā)電機(jī)使用一個(gè)快速轉(zhuǎn)換控制器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流和氣隙轉(zhuǎn)矩，因

此雖然有速度限制范圍，發(fā)電機(jī)的實(shí)際行為類似于變速系統(tǒng)。與變速系統(tǒng)相同的參數(shù)必須提

供，相角除外因?yàn)楣β室驍?shù)控制在此種情況下不被采用。

可以采用變滑差發(fā)電機(jī)的完美的電氣模型。4.2.2部分模擬發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子電流控制器被

模擬作為連續(xù)時(shí)間PI控制器調(diào)節(jié)定義的限制范圍之間的轉(zhuǎn)子阻抗(綜合限制降低)，相應(yīng)實(shí)

際值與要求轉(zhuǎn)子電流之間的差值。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流之間的穩(wěn)態(tài)聯(lián)系在仿真的開始就可以計(jì)

算，因此轉(zhuǎn)矩命令可以被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子電流命令。見圖4.2的圖解。

TorqueCuirent

demandJdemand

Measuiedcurrent11|

圖4.2變滑差發(fā)電機(jī)一轉(zhuǎn)子電流控制器

4.3驅(qū)動(dòng)鏈裝備

如果需要，扭轉(zhuǎn)擾性可以指定在齒輪箱裝置上或者塔架頂部的托盤與臺(tái)板之間。這一選

項(xiàng)只有在確定剛性或柔性嫗動(dòng)鏈之后才被允許，且它加了一個(gè)額外的旋轉(zhuǎn)自由度。

在每一種情況下，假設(shè)考慮到轉(zhuǎn)軸，伴隨著旋轉(zhuǎn)軸都可以確定裝置的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼。

關(guān)于低速軸的運(yùn)動(dòng)部分的慣性力矩必須指定。在柔性齒輪箱裝備里這是齒輪箱的慣性力矩。

在柔性托盤裝備里，它是齒輪箱、發(fā)電機(jī)定子、運(yùn)動(dòng)托盤和其他部分的慣性力矩。

如果裝置的每一種形式都被指定，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)萬(wàn)向?qū)⒂绊懸恍﹥?nèi)部驅(qū)動(dòng)鏈載荷。如

果低速軸和高速軸旋轉(zhuǎn)方向相反，則在驅(qū)動(dòng)鏈模型中指定一個(gè)負(fù)的齒輪箱比率值。低速軸與

高速軸之間的偏移量的影響可以忽略。

任何軸制動(dòng)都被假設(shè)嚴(yán)格設(shè)置在托盤上。因此制動(dòng)盤的任何運(yùn)動(dòng)都會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)這有賴于

驅(qū)動(dòng)鏈裝備的類型及低速或高速軸上的制動(dòng)的位置。例如，如果有一個(gè)軟的托盤裝置，即時(shí)

軸是剛性的在制動(dòng)盤停止后依然會(huì)有風(fēng)輪的振蕩。

類似于柔性軸驅(qū)動(dòng)鏈模型的情況應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)柔性裝置的仿真效果在載荷預(yù)測(cè)中提供較

精確值時(shí)，對(duì)于所造成的驅(qū)動(dòng)鏈振蕩模型的一種或兩種有可能產(chǎn)生相當(dāng)高的頻率，這有賴于

不同的慣性力矩和軸與裝置的硬度。高頻率模型可導(dǎo)致較低的仿真。

4.4能量損耗

動(dòng)力傳動(dòng)能量損耗是作為發(fā)動(dòng)機(jī)（包括變速發(fā)電機(jī)情況下的頻率轉(zhuǎn)換器）機(jī)械損耗和電

氣損耗的組合來(lái)仿真的。

在齒輪箱和/或軸承上的機(jī)械損耗是作為轉(zhuǎn)矩?fù)p耗或功率損耗來(lái)仿真的，它可以計(jì)算，

也可以線性插入查詢表格，這是一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)速、齒輪箱轉(zhuǎn)矩和軸功率的查詢表格，或者是

一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)速和軸轉(zhuǎn)矩或軸功率的二維查詢表格。如果在第轉(zhuǎn)速或者0轉(zhuǎn)速執(zhí)行計(jì)算則

機(jī)械損耗依據(jù)功率仿真并不適合，例如，開始、停止、空轉(zhuǎn)和停車計(jì)算時(shí)。在這些情況下，

根據(jù)轉(zhuǎn)矩可以更好的表達(dá)出損耗。

電氣損耗可以由兩種方法中的一種指定：

線性方法：這要求一個(gè)空載損耗和效率￡,電功率輸出以與發(fā)電機(jī)軸輸入功率R有關(guān)，

方程式如下：

PLCR-LN）

查詢表格：功率損耗L（P,）是作為發(fā)電機(jī)軸輸入功率函數(shù)代通過(guò)一個(gè)查詢表定義的。電功率

輸出心由下式給出：

線性插值用在查詢表格的點(diǎn)之間。

注意如果應(yīng)用一個(gè)完美的發(fā)電機(jī)的電氣模型，這種形式的額外的電氣損耗不能指定，因

為發(fā)電機(jī)模型已經(jīng)包括所有的電氣損耗。

4.5電力網(wǎng)絡(luò)

用到所提供的感應(yīng)電機(jī)的詳細(xì)的電氣模型或者變速發(fā)電機(jī)模型，因此可以計(jì)算電力電流

和電壓，無(wú)功功率及有功功率，發(fā)電機(jī)接入的電網(wǎng)的特性也可以得到。因?yàn)樵试S電壓振蕩，

所以電網(wǎng)不同點(diǎn)的閃爍可以計(jì)算，在直接連接感應(yīng)電機(jī)的情況下，網(wǎng)絡(luò)的存在可能影響發(fā)電

機(jī)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)特別是在弱電網(wǎng)中。

網(wǎng)絡(luò)仿真是作為一個(gè)有定義阻抗的普通耦合點(diǎn)的連接及連接到初始母線的同樣帶有定

義阻抗的深入連接。增進(jìn)發(fā)電機(jī)可以被連接在普通耦合點(diǎn)。這些額外的發(fā)電機(jī)每一個(gè)都是假

設(shè)與被仿真的發(fā)電機(jī)是相同的，包括普通耦合點(diǎn)的連接阻抗。然而對(duì)他們的仿真及仿真中的

電流和相角常量作為靜態(tài)要超過(guò)其動(dòng)態(tài)。初始條件的計(jì)算要假設(shè)所有的發(fā)電機(jī)處于完全相同

的狀態(tài)，‘其他'的發(fā)電機(jī)也要始終維持相同的狀態(tài)。由于所有處于普通耦合點(diǎn)的發(fā)電機(jī)則在

計(jì)算發(fā)電機(jī)的用于仿真的性能時(shí)要考慮穩(wěn)態(tài)電壓增長(zhǎng)。

Othertuibmes

(ifrequired)

Wind

turbine<S)——|R1+JX1|—和+JX)|---------------

PCC

WindfarmNetwork

interconnectioncoimection

impedanceimpedance__.

rInfinite

busbar

圖4.2網(wǎng)絡(luò)模型

5閉環(huán)控制

5.1引言

對(duì)于變速發(fā)電機(jī)，閉環(huán)控制可以被用于發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行中以控制葉片槳距角和轉(zhuǎn)速。

以下提供了四種不同的控制方式：

1.恒速失速調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)直接連接到恒頻率電網(wǎng)上，在正常功率生產(chǎn)期間沒(méi)有主動(dòng)的空氣

動(dòng)力控制。

2.恒速變槳距調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)直接連接到恒頻率電網(wǎng)上，變槳距控制在高風(fēng)速時(shí)用于調(diào)節(jié)功

率。

3.變速失速調(diào)節(jié)。頻率轉(zhuǎn)換器耦合發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)，允許通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的反作用力矩來(lái)改

變轉(zhuǎn)速。在高風(fēng)速時(shí)速度控制裝置用來(lái)降低風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速直到空氣動(dòng)力失速限制功率到

要求的水平。

4.變速變槳距調(diào)節(jié)。頻型轉(zhuǎn)換器耦合發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)，允許通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的反作用力矩來(lái)

改變轉(zhuǎn)速。在高風(fēng)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩被保持在額定水平，變槳距控制用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)送及功率。

對(duì)于恒速失速調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)當(dāng)沒(méi)有控制作用時(shí)便沒(méi)有參數(shù)需要定義。在控制作用的

其他情況中將確定發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)相應(yīng)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行計(jì)算它只需要指定那些

定義發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線的參數(shù)即可。對(duì)于動(dòng)態(tài)計(jì)算增強(qiáng)參數(shù)用于定義閉環(huán)控制的動(dòng)態(tài)特性。所

要求的參數(shù)在以下部分會(huì)更進(jìn)一步定義。

注意所有的閉環(huán)控制數(shù)據(jù)都是相對(duì)于高速軸定義的。

5.2恒速變槳距調(diào)節(jié)控制器

這種控制器適用于在高風(fēng)速時(shí)使用葉片變槳控制調(diào)節(jié)功率的直接聯(lián)網(wǎng)發(fā)電機(jī)。它適合全

檔或者半檔變槳控制，以及像副翼這種空氣動(dòng)力控制的其他形式。在后一種情況中，槳距角

可以被拿去引證副翼的展開角。

從最適宜的位置，葉片可以在任意方向上變槳以降低空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩。如果選擇順槳槳距

方式，葉片變槳距部分在風(fēng)速（及功率）提高時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)以降低其沖擊角。如果選擇失速變槳方

式，當(dāng)風(fēng)速提高時(shí)它向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)以使葉片失速。在順槳情況下，最小槳距角定義變槳

距設(shè)定在額定值之下，而在失速情況下最大槳距角被用在額定值之下，變槳距降低到額定值

之上的最小值（通常是一個(gè)負(fù)的槳距角卜

WindElectncPowerMeasured

Tuibhie

powertransducerpowerConholle

Power

Pitchset-point

Bladepitch

Pitchdemand

actuator

Figure5.1:Thefixedspeedpitchregulatedcontrolhop

圖5.1顯示了用于仿真的恒速變槳距調(diào)節(jié)控制環(huán)的基本元素。

5.2.1穩(wěn)態(tài)參數(shù)

為了定義穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線，必須定義功率置位點(diǎn)和最大最小槳距角設(shè)置，及上面所描述的

變槳距的方向。為了獲得任何給定穩(wěn)態(tài)風(fēng)速的職位點(diǎn)功率可以計(jì)算修正槳距角。

5.2.2動(dòng)態(tài)參數(shù)

為了計(jì)算控制環(huán)的動(dòng)態(tài)行為，必須指定功率傳感器和變槳執(zhí)行元件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及控

制器用來(lái)計(jì)算響應(yīng)測(cè)量功率信號(hào)的變槳命令采用的實(shí)際運(yùn)算法則。5.5部分描述了可用的傳

感器和執(zhí)行元件模型，而5.6部分描述了控制器所采用的PI運(yùn)算法則。

5.3變速失速調(diào)節(jié)控制器

控制器模型適合于變速發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)使用一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器從電網(wǎng)的恒頻中解耨發(fā)

電機(jī)轉(zhuǎn)速，超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)不使用變槳控制來(lái)限制功率。相反，在高風(fēng)速時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)反作

用力矩以降低轉(zhuǎn)速直至失速?？刂骗h(huán)展示見圖5.2。

5.3.1穩(wěn)態(tài)參數(shù)

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線可以由象圖5.3那樣的轉(zhuǎn)矩-速度曲線圖來(lái)描述。穩(wěn)態(tài)允許的速度范圍是

S1到S2。低風(fēng)速時(shí)通過(guò)跟隨相應(yīng)的運(yùn)行在最大功率因數(shù)的常數(shù)葉尖速比載荷線可以捕獲最

大風(fēng)能。載荷線是轉(zhuǎn)矩-速度平面內(nèi)的二次曲線，見圖5.3里的線BG?？梢灾付ㄒ粋€(gè)查詢表

格。如果有最大允許運(yùn)行速度S1出現(xiàn)，則不再跟隨低風(fēng)速下的曲線，風(fēng)機(jī)沿圖中的AB曲

線以恒速運(yùn)行。類似于在高風(fēng)速時(shí)，一旦達(dá)到最大運(yùn)行速度S4,通過(guò)沿GH曲線以恒速運(yùn)

行離開最有載荷線再次成為必須。

Figure5.2:Thevariablespeedstallregulatedcontrolloop

一旦最大功率達(dá)到H點(diǎn)，必須沿恒功率曲線HI降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速至失速。如果運(yùn)行高旋轉(zhuǎn)速度，

當(dāng)然對(duì)于GH曲線崩潰是可能的以至于使恒功率曲線和恒葉尖速比曲線相交于J點(diǎn)。

LineofoptimumpowercoefficientLineofconstantwindspeed

LineofconstantpowerOperatingcurve

SIS2S3S4Generatorspeed.

Figure5.3:Variablespeedstallregulatedoperatingcurve

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線需要指定的參數(shù)如下：

?最小速度，S1

?在恒葉尖速比模型中的最大速度，S4

?最大穩(wěn)態(tài)運(yùn)行速度。通常是S4，但是在發(fā)電機(jī)特性為以下情況時(shí)會(huì)變高，即當(dāng)風(fēng)速增

大時(shí)，以上額定運(yùn)行點(diǎn)從H移動(dòng)到I點(diǎn)，然后又降叵到H點(diǎn)，然后在非常高的風(fēng)速上繼

續(xù)（朝J點(diǎn)方向卜然而這并不是我們希望的情形，因?yàn)樵诜浅８叩娘L(fēng)速時(shí)如果旋轉(zhuǎn)速

度超過(guò)S4,則沒(méi)有理由不增長(zhǎng)到S4且運(yùn)行低風(fēng)速時(shí)相同高的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。

?相應(yīng)于曲線HI,以上額定功率置位點(diǎn)。這是根據(jù)軸功率定義的。當(dāng)然如果電氣損耗也

進(jìn)行仿真的話電氣功率將會(huì)降低。

?參數(shù)K/用來(lái)定義曲線BQ的恒葉尖速比。由下式給出：

K,=中」.（力/2；13G3

其中p:是空氣密度

R:是風(fēng)輪半徑

2:是所要得到的葉尖速比

C//1）:是葉尖速比4的功率因數(shù)

G:齒輪箱比率

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令設(shè)定成K/O之時(shí)其中①是測(cè)得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這確保在穩(wěn)態(tài)時(shí)風(fēng)機(jī)

將維持葉尖速比％及相應(yīng)的功率因數(shù)。注意動(dòng)力傳動(dòng)損耗隨著旋轉(zhuǎn)諫度而變化，在

此情況下最優(yōu)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不會(huì)導(dǎo)致最大空氣動(dòng)力功率因數(shù)。

參數(shù)K?？蛇x，查詢表可以被指定給出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為速度函數(shù)。

5.3.2動(dòng)態(tài)參數(shù)

要計(jì)算控制環(huán)的動(dòng)態(tài)行為，必須指定功率與速度傳感器的動(dòng)態(tài)相應(yīng)，以及控制器用來(lái)計(jì)

算響應(yīng)測(cè)量功率和速度信號(hào)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令采用的實(shí)際運(yùn)算法則。5.5部分描述了可用的

傳感器和執(zhí)行元件模型。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制可以應(yīng)用兩個(gè)閉環(huán)控制環(huán)，如圖5.4中顯示的。內(nèi)控制環(huán)用發(fā)電機(jī)速度

誤差函數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，而外控制環(huán)則用功率誤差函數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)速度命令。兩個(gè)控

制環(huán)都采用PI控制器，如5.6部分所描述的。

低于額定值時(shí)，速度置位點(diǎn)在S1到S4之間轉(zhuǎn)換。低風(fēng)速時(shí)在S1,轉(zhuǎn)矩命令輸出受最

優(yōu)葉尖速比曲線BG所給出的最大值的限制。這使得運(yùn)行點(diǎn)追蹤軌跡ABG。在較高風(fēng)速時(shí)，

職位點(diǎn)變化到S4，轉(zhuǎn)矩命令輸出受最優(yōu)葉尖速比曲線所給出的最小值限制，使得運(yùn)行點(diǎn)追

蹤軌跡BGHo一旦轉(zhuǎn)矩達(dá)到QR,外控制環(huán)就會(huì)使速度置位點(diǎn)沿HI降低，內(nèi)控制環(huán)則追蹤

變化的速度命令。

5.4變速變槳距調(diào)節(jié)控制器

這個(gè)控制器模型適于變速發(fā)電機(jī)，，這種發(fā)電機(jī)使用一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器從電網(wǎng)的恒頻中解

耦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)使用變槳控制來(lái)限制功率?？刂骗h(huán)展示見圖5.5。

5.4.1穩(wěn)態(tài)參數(shù)

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線可以由象圖5.6那樣的轉(zhuǎn)矩-速度曲線圖來(lái)描述。低于額定值時(shí)，即從A

點(diǎn)到H點(diǎn)，運(yùn)行曲線是5.3.1部分所描述的失速調(diào)節(jié)變速情況，見圖5.3o而超過(guò)額定值時(shí)，

調(diào)解葉片槳距來(lái)維持所選擇的運(yùn)行點(diǎn)，指定的L點(diǎn)。槳距的變化改變了恒定風(fēng)速曲線，迫

使他們穿過(guò)所期望的運(yùn)行點(diǎn)。

Figure5.5:Thevariabl