風力發(fā)電機復合材料葉片變槳控制研究.pdf

1、隨著人們對于環(huán)保關(guān)注度的提升，新能源技術(shù)開發(fā)已經(jīng)成為能源領(lǐng)域的重要課題。風力發(fā)電機作為風能轉(zhuǎn)化為電能的媒介，也正朝著大型化和復雜化的方向發(fā)展。所謂復雜化指的是風力發(fā)電機葉片外形的開發(fā)已經(jīng)作為一種符合空氣動力學特征的翼型的開發(fā)、葉片的制造材料朝著強度高重量輕的方向發(fā)展、葉片的變槳距控制策略不斷延伸。這些復雜化方面的技術(shù)已經(jīng)成為風力發(fā)電機葉片研究和開發(fā)的重要課題，其理論研究的其中一個重要的方向就是設(shè)計出外形合理、符合氣動特性、使用壽命長的風

2、力機葉片，因此要求對力作用下的葉片結(jié)構(gòu)特性和氣動彈性穩(wěn)定性等問題進行研究。所謂大型化指的是為了使風力發(fā)電機生產(chǎn)客觀的電能，頂級風機制造廠商都在將風力發(fā)電機不斷的推向更大級別，這就使得風力發(fā)電機葉片的長度和重量大大增加，葉片的價格必然會水漲船高，其龐大的軀體也給安裝帶來不小的挑戰(zhàn)，在整個風力發(fā)電機朝著變速恒頻發(fā)展的大趨勢下，本文基于非線性氣彈作用下的變槳控制不是基于常規(guī)的最佳功率控制，而是基于非線性氣彈控制，旨在抑制非線性氣彈不穩(wěn)定行為，

3、在國內(nèi)風電領(lǐng)域鮮有研究，這也是本文的創(chuàng)新之處，必然會對葉片的保護產(chǎn)生巨大的作用，研究前景廣闊。
　　本課題來源于山東省自然科學基金項目:基于壓電作動的轉(zhuǎn)子葉片非線性氣彈穩(wěn)定性分析，針對項目中的變槳部分進行研究。主要研究風力發(fā)電機葉片的結(jié)構(gòu)力學特性、非線性空氣動力作用下的氣彈穩(wěn)定性分析以及葉片變槳控制的問題。
　　首先，從風力機葉槳的結(jié)構(gòu)模型以及槳片非線性氣動彈性模型出發(fā)，分別采用對比驗證法、特征值分析法、龍格-庫塔時域響應法

4、研究了葉片的復合材料力學特性和葉片的氣彈穩(wěn)定性特性，獲得了復合材料葉片受力后的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和葉片的氣彈穩(wěn)定性隨設(shè)計參數(shù)變化的特性。主要研究內(nèi)容包括:
　　基于ANSYS和MATLAB的結(jié)構(gòu)力學分析，在對制造風力機葉片的復合材料層合板建立懸臂梁力學分析模型之后，對其自由端施加一個相同的載荷，分別應用兩款軟件進行結(jié)構(gòu)力學分析，得出了風力發(fā)電機葉片在受到垂直于葉片旋轉(zhuǎn)平面的風載作用下的變形情況，計算得到其揮舞運動的最大變形量及其最大形變

5、出現(xiàn)位置，兩款軟件分析結(jié)果到小數(shù)點后三位都保持一致，驗證了實驗結(jié)果的有效性。
　　基于非線性O(shè)NERA模型(])的復合材料層合板葉片的氣彈穩(wěn)定性分析。采用簡化的鉸鏈葉片等效模型建立廣義坐標表示出葉片的二階非線性常微分方程組，通過對相關(guān)氣動參數(shù)的線性化，得到線性常微分方程，通過矩陣變換的方法對方程組進行降階，利用MATLAB的四階五級Runge-Kutta法分別得出特征值和時域響應曲線。利用特征值法和時域響應曲線來進一步研究葉片相關(guān)