风速不确定性对风力机气动力影响量化研究

简介

风力机气动力学一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是基于确定性工况条件，但因风力机常年工作在自然来流复杂环境，风速随机波动致使风电系统呈现不确定性，对电网稳定性带来巨大挑战，因此进行不确定风速条件下风力机气动力学研究具有重要意义.为揭示不确定性对风力机流场影响机理并明确其对气动力的影响程度，本文提出一种风力机不确定空气动力学分析方法，基于修正叶素动量理论和非嵌入式概率配置点法，建立水平轴风力机不确定性空气动力学响应模型;以NREL Phase VI S809风力机叶轮为研究对象，基于该模型提取风力机输出随机响应信息，量化不确定风速对风力机风轮功率、推力、叶片挥舞弯矩和摆振弯矩的影响程度;通过分析流动诱导因子不确定性在叶片展长方向上的分布规律，揭示不确定因素在风力机本体上的传播机制，为风电系统设计及应用提供理论依据和重要参考.结果表明，风速波动对风力机功率和气动力影响显著，高斯风速标准差由0.05倍增大至0.15倍均值，功率和推力最大波动幅度分别由13.44%和8.00%增大至35.11%和22.02%，叶片挥舞弯矩和摆振弯矩最大波动幅度分别由7.20%和12.84%增大至19.90%和33.49%.来流风速不确定性导致叶片根部位置气流明显波动，可以考虑在该部分采取流动控制措施降低叶片对风速不确定性的敏感程度.