風(fēng)電機組系統(tǒng)分析關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

【摘要】： 我國的風(fēng)能資源十分豐富,風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,迫切需要提高國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電裝備的設(shè)計和制造能力。但是風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)關(guān)鍵零部件制造與國際先進水平還有很大差距,對風(fēng)電機組系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的研究也較薄弱,成為制約我國風(fēng)力發(fā)電裝備國產(chǎn)化的瓶頸。論文得到重慶市重點科技攻關(guān)項目“風(fēng)電機組系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)”的支持,對風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)分析的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究,研究的主要內(nèi)容是: ①針對風(fēng)力發(fā)電機組目前常用的空氣動力學(xué)計算理論——葉素動量理論(BEW理論)不能考慮由空氣質(zhì)量引起的風(fēng)速滯后效應(yīng)的缺陷,在分析比較了直升機旋翼和風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪的差異基礎(chǔ)上,根據(jù)風(fēng)輪自身特點,將用于直升機懸翼空氣動力學(xué)計算的動態(tài)入流理論(GDW理論)進行了修正,使之適用于風(fēng)力發(fā)電機組的空氣動力學(xué)分析計算,并提出了基于GDW理論的風(fēng)輪空氣動力學(xué)計算方法。 ②對風(fēng)力發(fā)電機組典型的傳動系統(tǒng)設(shè)計類型進行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,提出了包括系統(tǒng)設(shè)計、售后服務(wù)、尺寸及質(zhì)量、安裝、成本等在內(nèi)的風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)設(shè)計的定性評價指標(biāo),結(jié)合非線性傳動系統(tǒng)模型的定量分析結(jié)果,構(gòu)成了風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評價體系。 ③用修正的GDW理論建立了風(fēng)力發(fā)電機組空氣動力學(xué)分析模型,同時將聯(lián)合仿真技術(shù)引入風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析中,該方法考慮了風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)的氣彈性問題,將Matlab計算的氣動力和用ADAMS計算的結(jié)構(gòu)變形相互耦合,建立了風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)動力學(xué)的聯(lián)合仿真分析模型。 ④采用風(fēng)力發(fā)電機組聯(lián)合仿真分析模型,將聯(lián)合仿真分析技術(shù)應(yīng)用于某失速型600kW風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)性能仿真分析中。對風(fēng)力發(fā)電機組進行了氣動性能分析,分析結(jié)果與GH Bladed比較,兩者結(jié)果非常接近,這驗證了聯(lián)合仿真分析模型的正確性。該分析方法考慮到了風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)的氣彈耦合效應(yīng),仿真情況更接近于實際風(fēng)力發(fā)電機組的工作情況,提高了計算精度。 ⑤針對當(dāng)前風(fēng)電機組向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展的趨勢,在行星齒輪傳動的基礎(chǔ)上,研究了一種大功率風(fēng)電機組新型液力變速控制傳動系統(tǒng)。這種新型的傳動系統(tǒng)應(yīng)用了行星齒輪傳動和導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器的組合,通過導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器對系統(tǒng)進行變速控制,其精度高,響應(yīng)速度快,超調(diào)量小,實現(xiàn)了變速輸入、恒速輸出,達到發(fā)電機功率恒定的目的,從而減小并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊。并且建立了仿真分析模型,利用ADAMS和MATLAB/SIMUlink軟件對該系統(tǒng)的性能進行了動態(tài)仿真分析。 ⑥根據(jù)德國船級社制定的風(fēng)電機組設(shè)計規(guī)范(GL標(biāo)準)對關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)分析的要求,通過風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)動力學(xué)的聯(lián)合仿真分析,得到各種典型風(fēng)況下的載荷,研究了單元類型及邊界條件,建立其有限元模型,并采用MSC公司的有限元分析軟件對風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵零部件風(fēng)輪輪轂、主軸以及主軸與輪轂的螺柱聯(lián)接進行了結(jié)構(gòu)強度分析。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電機組 系統(tǒng)建模與仿真 評價指標(biāo) 新型傳動系統(tǒng) 有限元分析 空氣動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.1.1 世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展10-11
• 1.1.2 我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-13
• 1.1.3 全球風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的新發(fā)展13-15
• 1.1.4 我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的差距15-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀及選題背景16-19
• 1.3 論文主要工作19-20
• 1.4 論文的主體結(jié)構(gòu)20-22
• 2 風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)建模與仿真22-46
• 2.1 引言22
• 2.2 風(fēng)電機組的空氣動力學(xué)模型22-28
• 2.2.1 GDW 動態(tài)入流理論22-24
• 2.2.2 空氣動力學(xué)分析模型24-28
• 2.3 傳動鏈非線性建模分析28-31
• 2.4 結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型31-35
• 2.4.1 結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程31-33
• 2.4.2 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析33-35
• 2.5 系統(tǒng)性能聯(lián)合仿真分析35-37
• 2.6 600kW 風(fēng)力發(fā)電機聯(lián)合仿真分析37-44
• 2.6.1 600kW 風(fēng)機氣動性能分析38-40
• 2.6.2 600kW 風(fēng)機系統(tǒng)性能分析40-41
• 2.6.3 600kW 風(fēng)機結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析41-44
• 2.7 本章小結(jié)44-46
• 3 風(fēng)力發(fā)電機組傳動鏈評價指標(biāo)研究46-56
• 3.1 風(fēng)力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成46-48
• 3.2 典型傳動系統(tǒng)的設(shè)計類型48-51
• 3.3 常用傳動鏈的結(jié)構(gòu)形式51-52
• 3.4 傳動鏈評價指標(biāo)52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 4 新型液力控制傳動系統(tǒng)研究56-78
• 4.1 新型傳動系統(tǒng)的研究背景56-57
• 4.2 新型傳動系統(tǒng)模型的設(shè)計57-66
• 4.2.1 新型傳動鏈的設(shè)計思路57-60
• 4.2.2 新型風(fēng)電傳動系統(tǒng)機械動力學(xué)模型60
• 4.2.3 導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器的設(shè)計思路60-61
• 4.2.4 導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器模型61-64
• 4.2.5 導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機構(gòu)分析64-66
• 4.3 新型傳動系統(tǒng)動態(tài)仿真研究66-73
• 4.3.1 液力速度控制系統(tǒng)66
• 4.3.2 智能模糊PID 控制器的設(shè)計66-68
• 4.3.3 傳動系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的建立68-70
• 4.3.4 仿真結(jié)果分析比較70-73
• 4.4 聯(lián)合仿真實驗與分析73-77
• 4.4.1 聯(lián)合仿真設(shè)計思路73
• 4.4.2 聯(lián)合仿真實驗73-74
• 4.4.3 仿真實驗數(shù)據(jù)分析74-77
• 4.5 與某失速型風(fēng)力機系統(tǒng)的比較77
• 4.6 本章小結(jié)77-78
• 5 系統(tǒng)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)性能分析78-99
• 5.1 系統(tǒng)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)性能分析的特點和要求78-80
• 5.1.1 風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的特點78
• 5.1.2 風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)有限元分析的要求78-80
• 5.2 基于結(jié)構(gòu)強度分析模型的載荷計算80-85
• 5.2.1 風(fēng)力發(fā)電機組所受載荷80-81
• 5.2.2 坐標(biāo)系的確定81-83
• 5.2.3 風(fēng)力發(fā)電機組載荷計算模型83
• 5.2.4 風(fēng)力發(fā)電機組載荷計算83-85
• 5.3 主軸強度的有限元分析85-90
• 5.3.1 主軸的幾何模型85
• 5.3.2 主軸靜強度分析有限元模型85-86
• 5.3.3 強度分析86-89
• 5.3.4 主軸強度計算結(jié)果89-90
• 5.4 輪轂強度有限元分析模型90-93
• 5.4.1 輪轂幾何模型的建立90
• 5.4.2 有限元分析模型的建立90-91
• 5.4.3 結(jié)果分析和后處理91-93
• 5.5 主軸與輪轂處的連接強度分析93-97
• 5.5.1 接觸分析模型93-94
• 5.5.2 分析結(jié)果94-97
• 5.6 本章小結(jié)97-99
• 6 主要結(jié)論及后續(xù)研究工作99-101
• 6.1 主要結(jié)論99-100
• 6.2 論文的后續(xù)研究工作100-101
• 致謝101-102
• 參考文獻102-108
• 附錄108

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海上風(fēng)電機組系統(tǒng)動力學(xué)建模及仿真分析研究    王磊

風(fēng)力發(fā)電機組振動檢測及噪聲評估研究    吳宏鋼

變速定槳風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研究    陳杰

大型風(fēng)電機組整機及關(guān)鍵部件仿真分析與優(yōu)化設(shè)計研究    李俊

液壓型風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速控制和功率控制研究    艾超

變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)研究    王立軍

風(fēng)力發(fā)電機組綜合優(yōu)化選型方法研究    劉瑞軒

含風(fēng)力發(fā)電機組的網(wǎng)絡(luò)能量分布特征分析    劉苑紅

風(fēng)力發(fā)電機組振動監(jiān)控系統(tǒng)研究    王有珺

雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組運行控制的物理模擬仿真    晁儲琰

1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組液控技術(shù)研究    孫勇

兆瓦級變漿距風(fēng)力發(fā)電機組智能控制系統(tǒng)的研究    趙陽

風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測及故障診斷    張小科

雙饋風(fēng)力發(fā)電機組及其低電壓穿越技術(shù)研究    吳建明

20kW風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率追蹤控制    鄭平