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能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电清洁无污染,施工周期短,投资灵活,占地少,具有较好的经济效益和社会效益。在目前技术条件下风电与火电、水电相比从造价、电能质量、设备制造和控制技术等领域存在劣势,我国风电领域的理论和应用研究与发达国家存在很大差距。因此,深入研究风力发电机组系统设计分析技术对于持久开发风能和实现风电机组国产化具有重要理论意义和工程应用价值。
本文首先研究了风力机的理论,主要是应用经典的动量叶素理论研究空气动力学,并研究了风速的变化理论,特别对三维湍流模型进行研究,得出三维湍流模型图,用以下面进行载荷计算。
其次以850KW变桨距风力机为研究对象,应用Bladed for Windows软件平台完成了对风力发电机组的叶片、风轮、塔架、机舱、轮毂、控制系统和传动系统的建模,并对环境条件进行定义,完成了风力机整机模型的建立。在四坐标系下研究了风力机设计工况和载荷情况的确定,并探讨了主要载荷的确定方法。对于不同的载荷计算工况,根据德国船级社标准的要求对叶片的极限载荷和疲劳载荷进行计算统计,并通过自由频谱图验证整机有无共振现象。
最后基于以上的研究,再利用Simulink软件对风力机性能进行研究,首先建立风速及风力机特性的数学模型,并探讨了变桨距控制,变桨距控制主要用来高风速时限制风力机的吸收功率,从而来控制风力机的功率输出维持在额定功率上。再利用建立的数学模型,来建立不同风速下的仿真模型。最后对各个不同模型下的性能进行对比分析,研究了性能的变化规律。