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《重庆大学》 2011年
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海上风电机组系统动力学建模及仿真分析研究

王磊  
【摘要】:随着风力发电产业快速的发展,欧美等国海上风力发电技术已日趋成熟,而我国海上风能的开发刚刚起步。为降低海上发电成本,需要风力发电机组的尺寸和复杂度不断的增加,对我国风力发电机组系统设计水平和制造能力提出了更新、更高的要求。正确地建立大型海上风力发电机组的系统动力学模型并通过仿真分析风力发电机组的性能及运动规律是海上风力发电机组系统设计的一个重要内容。对提高我国海上风力发电机组系统设计水平和制造能力,具有重要意义。 在国家科技支撑计划项目“5.0MW近海风电机组研制及风能核心技术研究(项目编号:2009BAA22B02)”的资助下,将其子项目“海上风电机组系统动力学建模及仿真分析”的作为研究课题。在综合国内外相关研究的基础上,建立了包括近海风力发电机组风场、风轮气动力、流体动力学、结构动力学和控制模型的多场耦合风力发电机组系统动力学模型。论文完成的主要研究工作有: 第一章中回顾了海上风力发电的历史发展,分析了现代海上风力发电技术发展的特点,综述了国内外海上风力发电机组风场建模、空气动力学、结构动力学及整机系统动力学建模与仿真的研究现状,从而提出了海上风力发电机组说明了系统动力学仿真分析的研究,给出了论文的主要研究内容,创新点和技术路线。 第二章研究了海上风场的变化规律,针对于目前广泛使用的Von.karman随机功率谱的不足,分别采用修正Von.karman和Mann随机功率谱表示风速随时间的随机变化,建立不同点的风速互相关函数,通过逆Fourier变换得到风轮叶片上随时间变化风速时间历程。分别给出了叶素动量理论模型、固定尾迹模型以及自由尾迹模型三种空气动力学模型。在Matlab/Simulink下建模,并结合得到湍流风速时间历程,对某2MW海上风力机风轮进行气动分析,为风力发电机组系统动力学模型和空气动力学模型打下基础。 第三章分别研究了规则波浪理论和不规则波浪理论。对Morison方程在工程上的适用范围进行更好的确定,应用Morison方程对海上风力发电机桩基础的波流力进行计算,并对流场作用于塔筒上的水动力的变化开展了研究。 第四章在基于变速变桨主控策略基础上,针对变速变桨风力发电机组如何抑制传动链的扭转振动和塔架前后、侧向运动。动态入流以及估计风速,增加了载荷控制环、动态入流控制环以及估计风速前馈控制环,通过时域和频域分析与对比,说明增加的辅助控制环不但有利于降低载荷,减少超调量,同时也提高了控制系统的稳定性。 第五章建立了基于Kane方法的作大范围运动海上风力发电机组系统的结构动力学模型,并使用假设模态离散化方法对其进行柔性化。将该模型与风场、气动力模型、波浪力模型一起,组成了海上风电机组气-弹-流相互耦合系统动力学模型。以变速变桨控制5MW海上风力发电机组为例,计算了在考虑线性波和非线性波情况与稳态风场和Mann湍流风场下的风力发电机组叶片和塔架的受力和变形情况。 第六章通过建立浮式平台水动力学模型和锚泊系统动力学模型,并将耦合的水动力载荷与气动载荷加载到该漂浮式风电机组多柔体动力学的模型上,在ADAMS环境下进行风力机结构动态仿真分析。以某NREL5MW基本型数据,对漂浮式风电机组系统动力学模型进行仿真,并对发电机输出功率,叶尖在风轮面内与面外的位移以及浮式平台的摇荡位移进行分析。 最后,在第七章总结了全文主要内容与成果,并展望了今后的研究工作。
【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

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 杨卫东;董凌华;;变转速倾转旋翼机多体系统气弹响应分析[J];哈尔滨工业大学学报;2006年02期
4 史勇杰;樊枫;徐国华;招启军;;基于混合CFD方法的旋翼桨-涡干扰噪声计算[J];航空学报;2011年01期
5 刘文白;李才志;;近海风力发电导管架平台结构分析[J];计算机辅助工程;2008年04期
6 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
7 蔡国平,洪嘉振;旋转运动柔性梁的假设模态方法研究[J];力学学报;2005年01期
8 张学志,黄维平,李华军;考虑流固耦合时的海洋平台结构非线性动力分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2005年05期
9 王介龙,陈彦,薛克宗;风力发电机耦合转子/机舱/塔架的气弹响应[J];清华大学学报(自然科学版);2002年02期
10 王湘明;陈亮;邓英;王婀娜;;海上风力发电机组塔架海波载荷的分析[J];沈阳工业大学学报;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2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 金鑫;风力发电机组系统建模与仿真研究[D];重庆大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴明军;陈文元;肖盛莲;;地震和波浪力共同作用下桥墩的动力响应研究[J];四川建筑科学研究;2010年06期
2 刘璎瑛;;基于Simulink的大米动态图像检测系统仿真[J];安徽农业科学;2009年16期
3 梁捷;陈力;;柔性空间机械臂末端运动及柔性振动的模糊自适应补偿控制[J];兵工学报;2011年01期
4 朱伯立;杨树兴;常皓;;一种改进反坦克导弹高原适应性的非线性控制方法[J];北京理工大学学报;2007年03期
5 王鹏云;;异步电动机直接转矩控制系统的研究[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2009年01期
6 赵娜;李军向;李成良;;基于ANSYS建模的风力机叶片模态分析及稳定性分析[J];玻璃钢/复合材料;2010年06期
7 王人凤;顾晓波;蒋志勇;;三浮体式海上风电基础结构响应研究[J];船舶工程;2012年03期
8 余建星;许华力;袁从敏;王忠畅;;张力腿系缆系统涡激振动疲劳可靠性分析[J];船舶力学;2008年04期
9 余建星;傅明炀;;海底管线在波流联合作用下疲劳寿命预测方法研究[J];船舶力学;2011年Z1期
10 陈前;付世晓;邹早建;;海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究[J];船舶力学;2012年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐友刚;沈文君;赵晶瑞;刘丽琴;;深海SPAR平台的复杂非线性动力学问题[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
2 吕计男;刘子强;;NREL S809风力机叶片动力学特征分析[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
3 朱光华;;水资源供需平衡应用Matlab/Simulink建模仿真的研究[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年
4 马哲;齐凯;;Cell Spar平台结构总体强度分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
5 彭程;孙春梅;刘仲平;郝金凤;;一种新型SPAR平台系泊系统设计[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
6 上官丽红;黄维平;;1500m Truss Spar方案设计及强度与系统稳定性分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
7 魏东泽;黄维平;;深水刚性立管与弹性立管涡激振动分析[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
8 姜雪亮;桑松;周源;;深海海洋浮式结构非线性运动响应关键问题研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
9 刘波;田其磊;高定全;王铭飞;;半潜式生产平台基于全概率谱分析方法的结构疲劳分析[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
10 李霏霞;曾声奎;马纪明;田华东;;AMESim与Simulink联合仿真在舵机可靠性研究中的应用[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张敏;固定式海洋结构模型转换与动力特性研究[D];中国海洋大学;2010年
2 单光坤;兆瓦级风电机组状态监测及故障诊断研究[D];沈阳工业大学;2011年
3 刘颖明;永磁式直驱风电机组控制技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
4 马志勇;大型风电叶片结构设计方法研究[D];华北电力大学(北京);2011年
5 陈小波;近海风机结构体系环境荷载及动力响应研究[D];大连理工大学;2011年
6 潘天娓;浅海重力式平台结构静动力分析[D];中国海洋大学;2011年
7 毛建中;菱形车悬架系统优化设计与动力学分析[D];湖南大学;2009年
8 赵晶瑞;经典式Spar平台非线性耦合动力响应研究[D];天津大学;2010年
9 刘喜珠;海上风电大直径宽浅筒型基础结构设计及安全性研究[D];天津大学;2010年
10 秦娜;原生污水的紊流特性及其热泵系统的研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邵建桥;液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究[D];山东科技大学;2010年
2 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年
3 肖亮亮;基于虚轴法的多轴同步运动控制系统设计[D];浙江理工大学;2010年
4 黄俊;海上浮式风力发电机组载荷及结构性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张旭;半潜式平台耐撞吸能结构研究[D];大连理工大学;2010年
6 王楠;胶囊机器人转弯动力学特性研究[D];大连理工大学;2010年
7 唐东洋;风浪联合作用下深水半潜式平台水动力性能实验研究[D];大连理工大学;2010年
8 李卫锋;基于张力腿平台的顶张紧式立管安装分析[D];大连理工大学;2010年
9 孙文君;汽车油气弹簧特性仿真研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 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
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 倪安华;;我国海上风力发电的发展与前景[J];安徽电力;2007年02期
2 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
3 李宏男,陆鸣,王前信;大跨越自立式高压输电塔-电缆体系的简化抗震计算[J];地震工程与工程振动;1990年02期
4 李春祥;都敏;韩兵康;;基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程[J];地震工程与工程振动;2008年03期
5 王素霞;;国内外风力发电的情况及发展趋势[J];电力技术经济;2007年01期
6 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
7 宋础;刘汉中;;海上风力发电场开发现状及趋势[J];电力勘测设计;2006年02期
8 王言英;波浪中浮体运动与遭遇荷载计算研究[J];大连理工大学学报;2004年03期
9 吴捷,严华;基于自适应最优模糊逻辑系统的短期负荷预测方法[J];电力系统自动化;1999年17期
10 吴学光,张学成,印永华,戴慧珠;异步风力发电系统动态稳定性分析的数学模型及其应用[J];电网技术;1998年06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7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 王东军;导管架平台结构分析模型化及疲劳断裂性能研究[D];大连理工大学;2005年
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
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1 宋华振;朱金凤;;厚积薄发,打造专业风电控制系统 走进贝加莱工业自动化(上海)有限公司[J];电气制造;2010年07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 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
2 ;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
3 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
4 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
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
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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 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 艾超;液压型风力发电机组转速控制和功率控制研究[D];燕山大学;2012年
9 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
10 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
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1 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
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 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 孙勇;1.5MW风力发电机组液控技术研究[D];浙江大学;2011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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