叶片的气动性能关系到风电机组的载荷与发电量等诸多方面,因此,开展相关的研究就显得尤为重要。在实际运行过程中,影响叶片气动性能的因素很多,其中,叶尖涡即是一个关键的因素而且受到越来越多的关注。在近尾流区域,因叶尖涡而形成的诱导速度会对自身叶片的气动性能产生影响;在远尾流区域,叶尖涡的发展则会对下游风电机组产生气动干扰。随着关于叶尖涡研究的不断开展,有相当一部分研究通过PIV试验或数值模拟的方法分析了叶尖涡的形成与其涡流特性,并通过相应的控制方法抑制叶尖涡的发展。其中较为典型的为叶尖小翼和锯齿尾缘。

伴随着风电机组趋于大型化，风电机组产生的气动噪声对附近居民的生活造成了较大的影响。目前，低噪声设计已经成为风电机组的关键技术指标之一。风力发电的噪声主要有机械噪声和气动噪声。随着近年来机械噪声的大幅度降低，气动噪声的解决便成了现阶段风电机组噪声研究的方向。

本研究介绍了风力发电机组叶片设计动量理论、叶素理论及其Glauert修正方法,并以某风场2.0 MW-D111风电机组为研究对象,通过Bladed软件建模计算了该叶片的气动设计和整机功率曲线等性能,并与实测数据进行了对比。结果表明,理论设计与实测数据结果比较符合,说明叶片翼型参数和设计方法是可行的。本研究对风电叶片的设计有一定的参考价值和实际意义。

为研究湍流强度对机组动力学特性及气动载荷的影响,以3.3 MW三叶片水平轴风电机组为研究对象,采用仿真及试验相结合的方法,并对来流风速和主导载荷进行功率谱分析。通过开展4种湍流强度0.10、0.12、0.14和0.16的计算仿真,结果表明随着湍流强度的增加,风电机组机舱振动加速度、载荷及等效疲劳载荷都有规律性变化。为验证仿真结果的合理性,对某风场的型式测试机组进行1a多的数据测试采集和分析。测试结果表明,机组运行在0.06、0.08、0.10和0.12这4种不同湍流强度下,其机组在不同风速运行下的机组振动及载荷同样出现有规律性的变化,仿真与实测结果的变化趋势吻合度较高。该研究为风电场风电机组的微观选址提供依据,也对风电机组设计有一定的指导意义。

叶片作为风电机组捕获风能的关键部件,其设计开发的流程通常是先进行气动外形设计,再开展复合材料选材与结构设计,最后对设计出的叶片进行动态响应分析。随着风电机组风轮尺寸的增加,叶片大型化速度加快,这一趋势让风电叶片的设计过程迭代难度增加,复合材料选材、结构设计与气动外形设计的耦合性增强。因此,在通常设计流程的基础上,对该耦合性进行研究成为大型风电叶片开发中重要的技术环节。

针对现有风电机组建模中气动-机械部分模型对参数依赖大、参数难以获取的问题,基于分时间尺度解耦的原理提出气动-机械动态模型的简化表示方法。首先基于小信号分析方法得出风电机组简化建模的依据并进行误差量化分析,随后基于快慢时间尺度解耦的思想提出一种由风速直接得到发电机转速和输出有功动态的方法,并制定其适应宽风速区间的控制策略。所得气动-机械动态简化模型包含气动、轴系、最大功率跟踪控制,并通过限幅近似模拟变桨作用。该模型既可以直接用于机组发电性能评估,又可以接入任意详细程度的主电气部分模型接口,进而得到用于并网分析的完整机组模型,大幅简化风电机组模型并降低参数依赖。通过将所提模型与详细模型进行对比,验证了简化建模方法的有效性和精确性。

某MW级的风电机组偏航齿轮箱在并网运行3年时间后,出现输出小齿轮轮齿折断问题。针对失效齿轮开展了全面分析,对轮齿断口、设计因素、制造因素、装配及运行因素、系统保护因素等可能导致齿轮失效的原因进行了逐一排查,最终定位为推力瓦支座与偏航齿圈之间干涉是直接原因。经过bladed软件模拟叶轮不平衡并进行风场验证,得知风轮的一只叶片安装角度出现偏差,造成风轮气动不平衡是失效的根本原因。

为提出大型风电机组在台风等极端工况下的控制策略,阐述了台风基本特征,分析了台风工况下风电机组常见失效模式,结合大型风力发电机组的运行特点,给出了风力发电机组各部件受力情况。基于叶片气动载荷和塔架气动载荷计算原理,在BLADE软件中对台风工况下每隔30°为一个子工况进行仿真分析,得出在台风等极端风况下风电机组停机时与风向夹角180°时,塔底倾覆力矩和叶片弯矩较小。通过宁波近海白岩山风电场2.0MW风机监测数据来验证其合理性,结果显示与仿真分析趋势一致,具有实际的推广应用价值。

针对液压变桨距系统的强耦合、非线性,以及液压变桨距故障发生原因复杂、故障单一造成的定位问题,该文提出基于支持向量机和顺序前项选择算法的概率神经网络诊断方法。

风力发电是可再生能源领域中最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，具有广阔的应用前景。液压技术由于可以达到大功率输出、可靠的控制精度、所占空间少等要求，在风电行业中得到广泛的应用。该文从风电机组液压制动系统、定／变桨距功率液压控制系统以及液压主传动系统三个方面介绍了液压技术在风力发电中的应用，并通过理论分析和原理图进行详细的说明。分析表明，在风力发电中应用液压技术可以提高系统稳定性，减小风速波动对系统部件的冲击，提高风力发电的效率。