通过风洞试验研究风力机尾缘襟翼的气动特性,分析尾缘襟翼对翼型绕流的影响,得到尾缘襟翼对翼型气动参数的调节规律。尾缘襟翼具有对高频荷载敏感,响应速度快的特点,可有效补偿风力机变桨距控制的不足。设计了风力机独立变桨距与尾缘襟翼协同控制策略,独立变桨距控制环主要用于减缓低频荷载及振动,尾缘襟翼控制环主要用于减缓高频荷载及振动,并通过风力机模拟仿真分析控制策略的作用效果。研究结果表明尾缘襟翼与独立变桨距协同控制可同时减缓叶片低频和高频的荷载及振动,降载减振控制效果良好,具有较好的工程应用前景。

基于风电场现场数据,根据故障率、故障时间和维修成本等指标确定影响风力机可靠性的主要零部件。利用FTA法分析主要零部件故障的具体原因;采用相关性分析法分析风力机故障率与环境因素(风速、温度及环境湿度)之间的相关性;利用季节指数分析风力机故障率的季节性特征。结果表明:液压系统﹑电气控制系统和偏航系统故障是造成风力机故障率高的主要原因,故障率占比达67.91%;发电机和传动系统虽然故障率较低,但其平均故障时间和维修成本更高;故障率与风速、温度和湿度存在明显相关性,其中故障率与风速存在负相关关系,与温度和环境湿度存在正相关性。

采用FAST/Aerodyn和Matlab/Simulink搭建风力机气弹与控制联合仿真平台,以NREL-5MW风力机作为参考机型,实现了风力机转矩控制模型和变桨距控制模型。通过在变桨距控制器中引入塔架减载控制环,考虑了匀速风,渐变风,湍流风等风况,研究变桨距-塔架控制环对塔架动态载荷及结构动态响应的影响作用。研究结果表明变桨距-塔架减载控制环可以有效减小风力机塔架的动态载荷及变形,对风力机输出功率的影响较小;变桨距-塔架控制环增益系数G的取值过小则减载效果不明显,取值过大会引起系统震荡持续时间过长,NREL-5MW风力机的增益系数G最优值为0.2;风力机塔架减载控制技术可以有效降低风力机的运行维护成本,有良好的工程应用前景。

为获得高升阻比、低噪声水平的风力机翼型将气动噪声引入到风力机专用翼型的设计中。为评价翼型气动噪声水平对翼型自身噪声进行讨论和研究应用NASA基于大量试验而得到的翼型自身噪声模型进行建模。采用型函数扰动法对翼型廓线进行表示以翼型自身噪声水平作为优化目标将气动特性作为性能约束建立翼型的优化设计模型。设计过程中采用XFOIL获取翼型边界层参数及对翼型的气动性能进行评价。将流场求解程序和直接优化方法相结合采用复合形法进行搜索寻优用Matlab编制优化程序。以NACA 4415作为原始翼型进行优化设计得到一种具有高气动性能、低噪声水平的风力机专用翼型。