風(fēng)電機(jī)組塔架有限元分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化.pdf

1、隨著世界能源和環(huán)境問題的日趨嚴(yán)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(fēng)能是使用最廣泛和發(fā)展最快的能源之一。塔架作為風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)，它的性能直接影響整個機(jī)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(jī)成本的15％-20％左右，且在運輸和安裝費用中也占了相當(dāng)大的比例。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)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(zhì)量和頂

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

3、塔架結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力、頂端偏移和固有頻率關(guān)系建模。對塔架進(jìn)行有限元單因子變量仿真實驗，得到了塔架單一結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力、頂端偏移和固有頻率的關(guān)聯(lián)特性。采用正交實驗設(shè)計與隨機(jī)組合相結(jié)合的混合實驗設(shè)計方法，確定塔架結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，獲取了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下塔架的應(yīng)力、頂端偏移和固有頻率特性。分別采用支持向量機(jī)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，構(gòu)建了塔架結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力、頂端偏移和固有頻率的替代模型。
　　風(fēng)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化。綜合考慮塔架的成本和性能

4、，以塔架總質(zhì)量和頂端偏移為目標(biāo)，最大應(yīng)力、固有頻率和變量范圍為約束，建立了塔架結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型。引入NSGA-Ⅱ算法，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化求解。優(yōu)化結(jié)果表明:優(yōu)化后的塔架質(zhì)量減少7.3％，成本得到降低，最大應(yīng)力減小，固有頻率增加，性能有所提高。
　　風(fēng)電機(jī)組塔架實驗研究。開展了2MW風(fēng)電機(jī)組塔架振動測試試驗研究，分析風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)中的風(fēng)速、輪轂轉(zhuǎn)速和塔架振動加速度數(shù)據(jù)，得到了風(fēng)速、轉(zhuǎn)速與塔架振動的關(guān)系。將數(shù)據(jù)分析