分别从离网型和并网型角度分析了静液压传动的基本原理,提出了利用变量泵/马达电液比例控制实现风力机变速恒频功能的方法。以离网型静液压传动风力机为例,利用Simulink/AMESim建立联合仿真模型,对调节泵和马达排量实现变速恒频功能的理论进行验证。仿真结果表明当风速变化时,通过调节泵的排量,可以使叶轮转速跟随风速变化,风力机维持在最佳叶尖速比,实现最大能量捕获;同时调节马达的排量,可以使发电机转速恒定在额定转速附近,输出恒定频率的电能。

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境,极易产生质量不平衡故障,对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机,在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此,基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型,模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载,结合平衡条件和连续性条件,选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现:质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大,叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程,增加基础环的水平度,进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外,建议风力机发...

水平轴风力机面对高风速变化工况时,极易出现转子灾难性失控超速运行,此时风能转换效率低于预期值,同时恶劣的环境也对桨距角控制提出了容错要求。针对这些问题,提出一种具有功率调节和容错能力的风力机自适应约束控制方案,通过自适应约束的桨距角控制实现安全可靠的功率调节,并集成容错能力以补偿可能的故障影响。介绍水平轴风力机的数学模型和运行要求,分析基准的非线性自适应约束控制方案的设计过程,并在此基础上讨论具有未知控制增益、任意初始条件和存在故障影响下的设计方案,最后搭建MATLAB仿真模型对所提出的方案进行验证。仿真实验结果表明:所提方案可以提高风力机的功率调节效率,同时在不同工况和不同故障条件下均能将转子速度和发电功率控制在安全范围内。

基于计算机流体力学（computational fluid dynamics，CFD）方法和虚拟叶片（virtul blade method，VBM）方法研究了风力机尾迹与复杂地形的相互作用，以实际风电场为例，分析了造成复杂地形风电场中风力机振动的主要原因，提出了一种基于CFD的快速分析风电场气动性能的方法，比较了雷诺平均（Reynolds-averaged，Navier-Stokes，RANS）和大涡横拟法（large eddy simulation，LES）求解方法在捕捉地形效应和尾迹及预测风电场功率性能方面的差异。研究分析发现，机组尾流和复杂地形效应造成的湍流强度过大是造成该风电场风力机运行时剧烈震动的原因，LES方法预测尾流的延迟衰减和更明显的尾流干扰作用导致风电场的发电量低于RANS方法。RANS方法过度预测湍流，导致湍流动量更快的扩散和尾流快速恢复。因此，CFD结合VBM分析复杂地形条件下风电场气动性能的方法，可实现...

为研究气体射流对风力机专用翼型气动特性的影响，通过数值计算方法，对DU91-W-250建立了有限元模型，采用适合翼型仿真的SST k-w湍流模型，研究了原始翼型与前缘添加射流口的翼型，得到了不同攻角、不同射流速度下的升力系数、阻力系数，并分析了其流场。结果表明:在0°到10°攻角范围内，射流速度小于来流速度可有效降低阻力系数提高翼型升阻比，大于来流速度时可降低阻力系数且获得较大升力增量。带有射流口的翼型在气流卷吸作用下提高了翼型上表面气体流动速度，可见气动性能相较于原始翼型有明显提高。

风力机叶片表面结冰会影响风力机风能吸收效率及安全性。采用计算流体力学(CFD)可以模拟叶片表面结冰过程及其对风力机气动性能的影响。但传统的CFD模拟不能考虑来流风况的随机性。本文采用FENSAP软件模拟了NREL S825翼型表面的结冰过程,采用雷诺平均NS (RANS)模拟研究了结冰对该翼型气动特性的影响。为了研究来流风况的随机性对结冰过程及翼型气动特效的影响,基于概率配置点的非嵌入式多项式混沌方法与RANS模拟进行耦合,研究来流风速和攻角为高斯分布的随机参数时翼型表面冰型的变化,获得了冰型变化的统计特性,以及结冰后翼型气动性能的响应特性。研究结果表明,较洁净翼型相比,结冰后的翼型气动性能下降严重。与攻角的波动相比,来流风速的不确定波动对结冰后翼型的气动性能影响更大。大攻角下,确定性计算会低估攻角对结冰的影响,进而低...

为了分析组合式襟翼对风力机翼型附近流场的变化情况,以NACA0012翼型为研究对象,建立不同组合式襟翼翼型的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程并且采用Spalart-Allmaras湍流模型计算翼型在0°到18°攻角下翼型升阻力系数、升阻比情况。结果表明:在较大攻角下B组合翼型优于其他翼型同时大大推迟了翼型的失速现象,使其升力系数、升阻比在大攻角下有显著改善。

基于多体系统动力学和升力线气动模型,考虑柔性后掠叶片动态失速和气动弹性耦合问题,建立了风力机气弹耦合模型,研究极端运行阵风及阵风作用时间对某5 MW后掠风力机叶片气动性能的影响。结果表明:极端运行阵风对叶根挥舞力矩、功率、攻角、升力系数和轴向推力等气动特性具有较大影响。研究工作对风力机的结构优化设计和疲劳寿命设计具有重要作用。

根据bladed风力机载荷计算软件得到2MW风力机叶片扭转载荷,设计了一种适用于统一变桨的变桨电液作动器系统,运用AMESim软件搭建机械系统、液压系统、电机控制及电子系统,通过将叶片随风速变化的实际载荷加载到机械系统中,仿真正常关桨(-2°~90°)和开桨(90°~-2°)、正常运行发电及紧急关桨工况,结果表明电液作动器系统在正常关桨和开桨、正常运行发电工况下可以平稳无超调的达到系统给定位置,在紧急关桨工况下可以在7 s内快速关桨,保证风力机运行安全

利用CFD软件对DU00-W-212翼型进行数值计算验证了SST k-ω湍流模型在CFD数值计算中的合理性。通过Profili中的修型功能分别增大翼型尾缘的上下翼面厚度。分析了在雷诺数Re=3×106情况下尾缘厚度对气动特性的影响趋势及机理。