添加尾緣襟翼的大型風(fēng)力機(jī)載荷控制研究.pdf

1、隨著海上風(fēng)電的迅猛發(fā)展，風(fēng)力機(jī)大型化已經(jīng)成為風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢(shì)。海上風(fēng)電現(xiàn)已有單機(jī)容量達(dá)到8MW，風(fēng)輪直徑達(dá)160m的巨型風(fēng)電機(jī)組，未來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率和直徑將會(huì)越來越大。風(fēng)力機(jī)尺寸的大型化，使葉片柔性增強(qiáng)，再加上風(fēng)湍流和風(fēng)切變，導(dǎo)致葉片局部不均勻性載荷增強(qiáng)；而傳統(tǒng)的變槳控制調(diào)動(dòng)整個(gè)葉片同步變槳的方式已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)海上復(fù)雜多變的環(huán)境。因此，研究一種能有效降低大型風(fēng)力機(jī)葉片載荷的控制技術(shù)，對(duì)延長(zhǎng)風(fēng)力機(jī)壽命和降低維護(hù)成本都有重要意義。

2、>　　針對(duì)葉片變形所產(chǎn)生的非定常氣動(dòng)載荷控制技術(shù)，在航天航空領(lǐng)域已有應(yīng)用，稱為智能葉片技術(shù)，即通過調(diào)整翼型的幾何形狀，改變?nèi)~片的幾何形狀和物理屬性，達(dá)到優(yōu)化翼型氣動(dòng)特性、降低葉片氣動(dòng)載荷的目的。智能葉片于20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于水平軸風(fēng)力機(jī)上，迄今為止，已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。智能葉片主要由以下幾個(gè)基本部分組成：控制器，傳感器，制動(dòng)器以及氣動(dòng)裝置，目前尾緣襟翼是智能葉片概念中最具潛力的氣動(dòng)裝置之一。
　　本文首先采用X

3、foil軟件計(jì)算并分析了在NACA64618翼型后緣添加尾緣襟翼后對(duì)翼型氣動(dòng)參數(shù)的影響。然后，以美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）5MW風(fēng)力機(jī)為參考風(fēng)機(jī)，基于NREL系列的開源代碼FAST及MATLAB/Simulink，在原參考風(fēng)力機(jī)的控制模塊上通過改進(jìn)和重新編譯源代碼，添加了尾緣襟翼控制模塊；并在此基礎(chǔ)上結(jié)合基礎(chǔ)控制器，獨(dú)立變槳控制器在平均風(fēng)速為12m/s的標(biāo)準(zhǔn)湍流風(fēng)模型（NTM）和極限湍流風(fēng)模型（ETM）風(fēng)況下進(jìn)行了模擬仿真。最后，

4、為進(jìn)一步提高尾緣襟翼降低整機(jī)載荷的能力，研究了尾緣襟翼參數(shù)：占弦比，偏轉(zhuǎn)角度范圍，展向位置和展向長(zhǎng)度對(duì)整機(jī)載荷的影響。
　　結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的尾緣襟翼控制模塊不僅可以在保證功率輸出的同時(shí)，降低葉片載荷，也能有效的輔助變槳控制系統(tǒng)，降低槳距角的幅度，緩解變槳系統(tǒng)疲勞與磨損。通過研究尾緣襟翼參數(shù)對(duì)整機(jī)載荷的影響，以降低葉根揮舞彎矩為目的，選取了一組既可以有效降低葉片載荷，同時(shí)也能減少驅(qū)動(dòng)能耗的尾緣襟翼參數(shù)，即尾緣襟翼占弦比為0.1c