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《重庆大学》 2011年
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大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究

李俊  
【摘要】:由于环境恶化、能源危机等因素,风力发电技术成为人们越来越多的关注焦点。随着风力发电机组单机容量增大,复杂程度的增加,加上海上风力发电机组的兴起,对我国在风力发电机组自主设计和制造水平上提出了更高要求。我国在风电机组总体设计与国际水平还存在较大差距,尤其在整机建模、性能仿真、载荷计算等方面尚存许多问题没有解决。本文课题来源于重庆市科技计划重点攻关项目“风力发电机组系统设计关键技术”,以大型2MW变速变桨水平轴风力发电机组系统仿真及结构优化的关键技术进行研究。由此,论文研究的主要内容及结构如下: 第一章分析了风电技术的发展趋势及研究热点,提出了风力发电机组系统仿真及优化的技术需求,综述了国内外风力发电机组空气动力学、结构动力学、系统建模仿真分析以及零部件优化技术的研究现状,从而提出了风电机组整机及关键零部件仿真分析与优化设计的研究,给出了论文的主要内容和结构。 第二章提出了风力机空气动力问题的一种新理论——BEM-GDW综合理论。针对在风力机气动性能计算时广泛使用的修正后的叶素动量理论(BEM),指出它仍存在无法考虑三维气动效应以及时间迟滞等缺陷。同时引出另一种理论广义动态尾流理论(GDW),指出它的优点与BEM比较它可以描述风轮盘上更一般的压力分布,它存在时间迟滞,同时风轮的诱导速率能够从一系列一阶微分方程得出,避免了使用迭代,但它的缺点是在低风速下此方法计算很不稳定。为了弥补两个理论存在的不足,将两理论综合在一起,提出了BEM-GDW综合理论,同时考虑了动态失速的影响,并将此理论在Matlab中实现。 第三章结合项目,对风力发电机组整机进行模拟仿真,计算了各关键零部件载荷。详细阐述了某大型2MW变速变桨水平轴风力发电机组的建模过程,模块特征和参数定义。将各个模块的特性以及参数对模型的影响都进行了详细的研究,根据实际风场特点,按照GL规范将风力机在外部条件下进行设计载荷工况的定义。建立了风力机整机系统模型,对其进行静态和动态仿真,从而获得风电机组各个零部件的极限和疲劳载荷。这对于风力发电机组设计的各个零部件的验证以及后续的设计都起到了指导作用。同时还对海况进行初步研究,为以后的海上风力发电机组的研究奠定了基础。 第四章提出了对风力发电机组在冰载条件下的研究。首次以冰载条件下的风力机为研究对象,通过数值模拟的方法,分析了冰载对风力机叶片翼型、功率以及年发电量的影响。在Matlab中,基于BEM-GDW综合理论开发了计算冰载影响因素的风力机气动性能、功率及年发电量的程序,并以某2MW变速变桨型风力机为例进行了性能仿真,将所得的功率曲线与GH Bladed软件的结果进行比较分析,验证了该数值模拟方法的正确性和实用性。 第五章基于BEM-GDW综合理论,考虑实际年风速分布概率,以年发电量最大为目标,结合遗传算法搜索寻优,建立叶片优化设计程序。运用此程序,对某2MW水平轴风力机叶片进行优化设计。优化后的风力机叶片的扭角、弦长及相对厚度的分布均保持光滑并连续性过渡,便于生产和加工。同时叶片捕风能力与年发电量较之原叶片都大大提高,具有一定的理论和工程实用价值。 第六章基于风力机整机的稳定性,提出了一种研究风力机塔筒结构优化的新方法。该方法以减小系统振动为目标函数,塔筒的直径和壁厚为优化参数,通过强度、变形量及质量等作为约束条件建立优化模型,利用内点惩罚函数法求解此优化问题,最后运用坎贝尔图(Campbell图)对叶片与塔筒耦合的风力机整机系统的稳定性进行分析。应用此方法对某2MW水平轴风力机塔筒结构进行优化同时用有限元软件加以验证,整机的稳定性能得到很大改善同时塔筒质量减少13%,有效地优化了原有的设计。有助于国产风力发电机组关键零部件的优化设计,为提高国产风力发电机组的设计水平和国产化打下了良好的基础,拓宽了设计思路。 最后,在第七章总结了全文的主要内容和成果,并展望了未来的研究工作。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM315

【引证文献】
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1 季亮;祝磊;叶桢翔;;风电机组基本自振周期的经验公式[J];风能;2012年08期
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1 王磊;海上风电机组系统动力学建模及仿真分析研究[D];重庆大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李建林;李建林;李建林;李建林;李建林;;我国风电产业发展亟待解决的几个关键问题[J];变频器世界;2009年08期
2 蒋莉萍;;2008年国内外风电发展情况综述[J];电力技术经济;2009年02期
3 韩中合;吴铁军;;基于遗传算法的风力机桨叶优化设计[J];风机技术;2008年01期
4 张锁怀;张文礼;张青雷;;基于Adams的MW级风力发电机组动力学建模[J];华北电力大学学报(自然科学版);2009年04期
5 余维洲;;我国风电产业化发展的难点与前景[J];经济管理;2009年06期
6 金乐琴;刘瑞;;低碳经济与中国经济发展模式转型[J];经济问题探索;2009年01期
7 庞强;董湘怀;王鹏;;基于有限元模拟的风力机塔架优化[J];机械设计与制造;2008年08期
8 丁同梅;周正武;王晓峰;田毅红;;基于SUMT法有约束非线性规划问题的优化[J];机械工程师;2006年08期
9 何玉林;陈新厂;金鑫;刘桦;刘平;;风力发电机组轮毂有限元分析与优化[J];机械与电子;2008年04期
10 徐奴文;李俊杰;王卫争;;基于遗传算法的风力机塔架最优化设计方法[J];可再生能源;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘桦;风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D];重庆大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李华明;基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D];新疆农业大学;2004年
2 信伟平;风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D];汕头大学;2005年
3 李声艳;大型风力发电机组的动力学特性计算分析[D];天津工业大学;2007年
4 张晨晨;兆瓦级风力发电机组的动力学分析[D];沈阳工业大学;2007年
5 韩新月;水平轴风力机叶片多目标优化设计及结构动力学分析[D];汕头大学;2008年
6 贾军利;风力发电机组载荷测试系统的设计与软件实现[D];新疆农业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李树虎;王丹勇;秦贞明;贾华敏;郭建芬;李茂东;;纤维增强复合材料风力发电机叶片性能检测综述[J];工程塑料应用;2010年09期
2 吴大宏,赵人达;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究初探[J];四川建筑科学研究;2002年03期
3 巩玉志;王士杰;武换娥;;支持向量机在深层搅拌桩复合地基承载力预测中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2008年02期
4 张安勤;数据挖掘与进化算法[J];安徽教育学院学报;2002年03期
5 吴晓路;孟朝霞;;现代设计方法的先进技术[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2007年05期
6 程家兴,陈万里;列车控制问题的计算分析及自适应算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年02期
7 姚元金;广义不变凸分式多目标规划的最优性条件[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年01期
8 张蕾蕾;;对称弧式连通凸多目标半无限规划的对偶性[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
9 何朝林,王旭;证券组合模型系数的二次规划求解[J];安徽机电学院学报;2001年02期
10 蒋中;遗传算法在PID参数优化中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高明;吴志强;;基于叶素理论MW级水平轴风力发电机系统建模研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 杨益;方潜生;汪力君;;基于Handel-C的数字芯片的设计方法研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 胡杨林;蒋洁琼;王明煌;曾勤;邱岳峰;邹俊;陈红丽;FDS team;;聚变裂变混合堆长寿命锕系废料嬗变处理的中子学优化分析[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
4 李国庆;李少佩;董蕊妮;;发展低碳经济 践行低碳生活 实现经济可持续发展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
5 崔铁宁;;北京市碳强度目标的路径选择研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2011年
6 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 孙燕;孙峥;;利用正交遗传算法优化交通检测点分布[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 郭玉堂;刘路路;;基于佳点集遗传算法的边缘检测[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 刘向;邹逢兴;张湘平;高政;;面向节能的混合流水车间调度方法的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 李鸿雁;王建华;;河北省低碳经济发展的对策研究[A];京津冀城市集群发展与廊坊市域经济定位的延伸研究——第五届环渤海·环首都·京津冀协同发展论坛学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
3 韩艳玲;可能性构造空间理论与计算机作曲思维模型研究[D];华中科技大学;2010年
4 彭北青;第三方物流配送车辆路径问题模型及算法研究[D];华中科技大学;2009年
5 黄林峰;多目标进化算法研究[D];中国科学技术大学;2009年
6 刘飞;四足机器人步态规划与平衡控制研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 卢建平;基于拓扑学和统计学的无字库汉字智能造字研究[D];华南理工大学;2010年
8 郑罡;频域有限差分方法的改进研究[D];电子科技大学;2010年
9 王晓东;双机架紧凑式炉卷轧机模型自适应优化控制[D];昆明理工大学;2008年
10 甘良志;核学习算法与集成方法研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 熊洋;柳州市土地利用规划的弹性研究[D];华中农业大学;2010年
2 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
3 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 王金凤;多阶段投资组合模型及其算法的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
7 郑珊珊;带流量稳定器的先导式比例减压阀设计研究与特性分析[D];山东科技大学;2010年
8 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
9 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
10 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李斌;姜福杰;;风力发电机锥筒型塔架的模态分析[J];内蒙古科技大学学报;2009年04期
2 朱新华;黄方林;张刘刚;;大型风力发电机组塔架的模态分析及稳定性分析[J];铁道科学与工程学报;2010年06期
3 刘海卿;于春艳;杜岩;;考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析[J];防灾减灾工程学报;2010年S1期
4 李俊;何玉林;刘军;董明洪;金鑫;;基于风力机整机气弹稳定性的塔筒结构优化[J];重庆大学学报;2011年11期
5 李德源,叶枝全,陈严,包能胜;风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析[J];工程力学;2004年06期
6 白海峰;李宏男;;大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究[J];工程力学;2007年07期
7 赵荣珍;吕钢;;水平轴风力发电机塔架的振动模态分析[J];兰州理工大学学报;2009年02期
8 宋曦;戴建鑫;;水平轴风力机塔架的力学建模及ANSYS仿真分析[J];甘肃科学学报;2011年01期
9 李仁年;童跃;杨瑞;;风力发电机塔架固有频率和振型的有限元分析[J];甘肃科学学报;2011年03期
10 刘勇;;基于有限元法的风力发电机塔架模态分析[J];装备制造技术;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 金鑫;风力发电机组系统建模与仿真研究[D];重庆大学;2007年
2 刘桦;风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D];重庆大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金大伟;兆瓦级风力发电机组整机结构强度分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 余长海;基于钢塔架风力发电机组振动性能研究[D];北京交通大学;2011年
3 吴迪;大型风力机组支撑结构性能研究[D];华北电力大学(北京);2011年
4 童跃;水平轴风力机塔架载荷及振动的有限元分析[D];兰州理工大学;2011年
5 戴建鑫;风力机塔架的有限元建模及静动态特性分析[D];兰州理工大学;2011年
6 罗振;水平轴风力机风轮和塔架耦合动力学分析[D];汕头大学;2011年
7 冯博;风力发电机组塔筒结构分析研究[D];重庆大学;2010年
8 李华明;基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D];新疆农业大学;2004年
9 李声艳;大型风力发电机组的动力学特性计算分析[D];天津工业大学;2007年
10 张晨晨;兆瓦级风力发电机组的动力学分析[D];沈阳工业大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邵鹏礼,魏来生,贾爽;传动箱有限元强度计算与优化[J];车辆与动力技术;2002年03期
2 孙永泰;;风力机叶片外形参数化建模[J];玻璃钢;2007年02期
3 张元明,赵鹏飞;玻璃钢蒙皮/全腔填充泡沫塑料夹芯结构机翼设计[J];玻璃钢/复合材料;2003年01期
4 周鹤良;;我国风力发电产业发展前景与策略[J];变流技术与电力牵引;2006年02期
5 董小瑞,苏铁熊,王和平;不同结构曲轴的疲劳强度分析[J];车用发动机;2002年03期
6 王德俊,崔广椿,黄雨华,刘永贤;用雨流计数法研究水轮机的疲劳载荷[J];东北工学院学报;1981年01期
7 陈波,吕西林,李培振,陈跃庆;用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法[J];地震工程与工程振动;2002年01期
8 刘立平,牛熠;遗传算法综述[J];东莞理工学院学报;2005年03期
9 陈宗器;风力发电综述与我国的开发设想[J];电机与控制学报;1997年03期
10 蒋莉萍;;2007年风电发展情况及其带来的有关思考[J];电力技术经济;2008年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾杰;大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究[D];新疆农业大学;2001年
2 姜香梅;有限单元法在风力发电机组开发中的应用研究[D];新疆农业大学;2002年
3 欧阳高飞;风力机动态过程的分析系统及其软件开发[D];汕头大学;2003年
4 郭健;风力发电机整机性能评估与载荷计算的研究[D];大连理工大学;2003年
5 李华明;基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D];新疆农业大学;2004年
6 唐进;提高风力机叶型气动性能的研究[D];清华大学;2004年
7 许燕;风力发电机组关键部件的有限元分析[D];新疆大学;2005年
8 信伟平;风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D];汕头大学;2005年
9 常明飞;风力机桨叶动力学特性研究[D];沈阳工业大学;2006年
10 杜留法;机械结构动态设计方法及应用研究[D];西北工业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张青雷;卞光祥;郭井宽;;风力发电机组空气动力学建模与应用[J];上海电机学院学报;2009年04期
2 ;迅息[J];微电机;1988年02期
3 ;简讯[J];华东电力;1990年07期
4 得时;;维斯塔斯 风能公司概况[J];农业机械;2003年05期
5 本刊编辑部;GE风能技术走进中国——记风力发电机组技术发展及本地化生产研讨会[J];国际电力;2004年05期
6 罗川;廖明夫;杨伸记;;风力发电机组动平衡系统[J];科学技术与工程;2007年12期
7 吴军;;浅谈风力发电及相关的中压设备[J];云南电力技术;2008年02期
8 ;ABB致力于促进中国海上风力发电发展[J];中国电力;2009年02期
9 ;产品资讯[J];大众用电;2009年08期
10 王建平;;全国风力机械标准化工作现状与展望[J];机械工业标准化与质量;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;风力发电机组风轮叶片材料的使用方向[A];中国玻璃钢技术创新和市场研发高层研讨会论文集[C];2008年
2 马宁;翟庆志;仝超;王国成;;风力发电机组整体运行效率的评估研究[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年
3 胡林静;席东民;王永兰;;风力发电机组的智能控制仿真研究[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年
4 刘桦;邓良;廖晖;;水平轴风力发电机组通用动力学建模研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2011年学术研讨会论文集[C];2011年
5 陈艳;;对风力发电机组并网技术问题的探讨[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
6 杨旭坤;;风力发电机组火灾危险性及防范措施研究[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
7 祝磊;姚小芹;;叶轮和机舱对风力发电机组动力特性及地震反应谱响应的影响分析[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届(ASSF-2010)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
8 ;风力发电机组用轮毂底座等大型低温球铁件的铸造技术[A];第九届中国铸造协会年会论文集[C];2010年
9 杨锡运;刘欣然;;风力发电机组的桨距角滑模变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 张维新;郝雅楠;;变桨距风力发电机组的PID控制器设计[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 姚学文 通讯员 任彬彬;风电装备“吹”出大产业[N];湖南日报;2008年
2 ;风力发电机组控制系统关键技术获突破[N];今日信息报;2004年
3 英莲;新能源面临两大困局普及亟待政策统筹[N];市场报;2009年
4 本报记者 冯济武;湘电集团:携关键技术乘“风”而上[N];中国工业报;2009年
5 记者 马钦麟 实习生 杨珍;发电集团“风驰电掣”[N];宁夏日报;2009年
6 首席记者 吕红丽;中石油首台兆瓦级风力发电机组在“辽河”下线[N];盘锦日报;2009年
7 本报记者 李联慧;东汽第1000台风电机组下线[N];中国工业报;2008年
8 通讯员 严维新 吉志强 记者 贺耀堂;中国国电集团总经理朱永芃来连考察[N];连云港日报;2009年
9 记者 庄云锋;北车风电首台风力发电机组下线[N];济南日报;2010年
10 本报记者 高琳 潘继鹏;破解风电防雷的“紧箍咒”[N];中国气象报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李俊;大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究[D];重庆大学;2011年
2 王磊;海上风电机组系统动力学建模及仿真分析研究[D];重庆大学;2011年
3 陈杰;变速定桨风力发电系统控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 刘军;风力发电机组控制策略优化与实验平台研究[D];重庆大学;2011年
5 卢奭瑄;风力发电机组动力模型及循环变桨控制策略研究[D];沈阳工业大学;2012年
6 徐宝清;水平轴风力发电机组风轮叶片优化设计研究[D];内蒙古农业大学;2010年
7 吴宏钢;风力发电机组振动检测及噪声评估研究[D];重庆大学;2010年
8 曲弋;MW级风力发电机组关键部件振动分析与故障诊断方法研究[D];沈阳工业大学;2012年
9 葛俊旭;兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究[D];浙江大学;2010年
10 郭洪澈;兆瓦级风力发电机组变桨距系统控制技术研究[D];沈阳工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙勇;1.5MW风力发电机组液控技术研究[D];浙江大学;2011年
2 李锋;基于模糊PI控制的独立变桨控制技术的研究[D];新疆大学;2010年
3 余长海;基于钢塔架风力发电机组振动性能研究[D];北京交通大学;2011年
4 王立军;变速变桨距风力发电机组的滑模变结构控制技术研究[D];华东理工大学;2010年
5 刘瑞轩;风力发电机组综合优化选型方法研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 刘苑红;含风力发电机组的网络能量分布特征分析[D];华北电力大学(北京);2010年
7 王有珺;风力发电机组振动监控系统研究[D];北京交通大学;2010年
8 晁储琰;双馈感应风力发电机组运行控制的物理模拟仿真[D];东北电力大学;2010年
9 赵阳;兆瓦级变浆距风力发电机组智能控制系统的研究[D];东华大学;2011年
10 张小科;风力发电机组振动在线监测及故障诊断[D];华北电力大学(北京);2011年
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