風電機組塔架有限元分析與結構參數(shù)多目標優(yōu)化.pdf

1、隨著世界能源和環(huán)境問題的日趨嚴峻，各國對可再生能源的開發(fā)和利用變得急切。各種可再生能源中，風能是使用最廣泛和發(fā)展最快的能源之一。塔架作為風電機組的支撐結構，它的性能直接影響整個機組運行的安全性與可靠性。塔架成本較高，其制造成本占整機成本的15％-20％左右，且在運輸和安裝費用中也占了相當大的比例。隨著風電機組單機容量的增加，塔架高度不斷增加，塔架事故不斷，成本與性能之間的矛盾日顯突出。因此，本文綜合考慮塔架的成本和性能，以塔架總質量和頂

2、端偏移為優(yōu)化目標，開展了風電機組塔架結構參數(shù)優(yōu)化研究，研究結果對減少風電機組成本，發(fā)展風電機組關鍵零部件設計方法，促進我國風電技術發(fā)展具有積極意義。論文主要研究內容和結論如下:
　　風電機組塔架有限元建模與分析?；谌~素動量定理分析了風電機組載荷，建立了塔架有限元模型，對塔架進行了靜力分析、模態(tài)分析、諧響應分析和瞬態(tài)動力學分析，得到了塔架極端載荷下的應力分布情況，獲取了塔架的固有頻率和隨機載荷下的動態(tài)響應特性。
　　風電機組

3、塔架結構參數(shù)與應力、頂端偏移和固有頻率關系建模。對塔架進行有限元單因子變量仿真實驗，得到了塔架單一結構參數(shù)與應力、頂端偏移和固有頻率的關聯(lián)特性。采用正交實驗設計與隨機組合相結合的混合實驗設計方法，確定塔架結構參數(shù)組合，獲取了不同結構參數(shù)組合下塔架的應力、頂端偏移和固有頻率特性。分別采用支持向量機和BP神經網絡方法，構建了塔架結構參數(shù)與應力、頂端偏移和固有頻率的替代模型。
　　風電機組塔架結構參數(shù)多目標優(yōu)化。綜合考慮塔架的成本和性能

4、，以塔架總質量和頂端偏移為目標，最大應力、固有頻率和變量范圍為約束，建立了塔架結構參數(shù)多目標優(yōu)化模型。引入NSGA-Ⅱ算法，進行了結構參數(shù)多目標優(yōu)化求解。優(yōu)化結果表明:優(yōu)化后的塔架質量減少7.3％，成本得到降低，最大應力減小，固有頻率增加，性能有所提高。
　　風電機組塔架實驗研究。開展了2MW風電機組塔架振動測試試驗研究，分析風電機組SCADA系統(tǒng)中的風速、輪轂轉速和塔架振動加速度數(shù)據(jù)，得到了風速、轉速與塔架振動的關系。將數(shù)據(jù)分析