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河海大学新能源系副主任许波峰:风电机组结构体系降本增效关键技术研究

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2019/9/19 14:44:38  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“智能叶片将是未来超大型控制基础发展的方向,就是在叶片靠尖端加一些流程控制手段,也就是尾缘襟翼的分析。”9月19日,河海大学新能源系副主任许波峰在2019 第十二届中国(江苏)国际风电产业发展高峰论坛上发表了重要讲话。

专题:现场直播丨2019 第十二届中国(江苏)国际风电产业发展高峰论坛

许波峰.jpg

以下为发言实录:

许波峰:大家下午好!今天给大家做《风电机组结构体系降本增效关键技术研究》。

风机工程技术团队,长期致力于风电机组结构方面的研究的,包括叶片、传动链、塔尖、基础等关键部件的设计和优化以及高效能力机的研发。团队负责人是蔡新教授。

学科的方向也比较属于多学科、跨学科,涵盖了空气动力学、工程力学、电机、控制等等,就是从风机的气动结构到最后基础这一块儿所有学科都是涵盖的。主要研究方向主要这五个方面,第一个是风电机组叶片气动一体化;第二是传动系统零部件结构管理技术;第三是新型塔架结构;第四个关于基础新技术方面;第五个是我们高效结构新概念。

今天主要关注叶片,从我们风电主要发展的趋势,一个是深远海,第二个机组智能化,我们进一步降低单位造价成本面临的挑战,要求我们对机组结构体系,降本增效关键技术有更深入的研究。今天我们就主要介绍我们团队在叶片降本增效概念技术做的一些浅显的分析。分三个内容:一个是气动、第二个是智能叶片、还有控制策略。

第一个方面气动特性预估,这个是在叶片起动特性建模性能计算建模和仿真这一块儿。我们气动计算主要由这样几个方法CVD(英文)方法,叶速动量理论等等,这个在成熟的软件里面都是运用比较多的,我们可以用软件直接使用这些方法。我们团队除了这两个方法之外,我们会自由涡尾也做了方法形成一套代码。我们主要做的工作在哪?就在(英文)它主要的精髓就是在尾机的形状预估这块儿,在预估这块儿对尾流的控制方程,离散方法怎么离散这是我们做的主要工作,因此我们推导了一个新的3步3阶的方法。第一个是计算稳定,收敛快另外精度也高。

我们也做了一系列的计算,包括非定常方面我们以极限风向变化这样一个能力算这个风向在某个时间突然改变这样一个非定常计算,能够计算到风向改变过程当中累计的性准也在随之而改变。因此通过尾机形状的改变、变化得到非定常气动特性。

另外在漂浮式风力机气动做了研究,这主要将速度和位移引入到入流和尾迹放入到表达式中。

第三个涡核模型当中我们主要关注涡核尺寸,一个是初始涡核还有涡核耗散,耗散有一个涡的系数,在这两方面展开了研究,得到了在初始涡核主要影响风力机、叶片总体机动性能分部载荷。而涡核耗散系数主要影响到尾涡这样一个流产涡的分布、结构耗散的情况,这是我们得到两个主要结论。

通过研究,我们把初始涡核尺寸怎么得到我们有自己的验证方法,通过验证以及大量的计算以及跟实验结果的比对。我们方法可以准确预估尾流流场、也尖涡结构还有耗散的特性。右上方是尾流结构,下方是耗散情况,这里是叶尖涡的位置。这块儿这个研究也是发表了。

另外就是说因为这个涡尾优点在哪?它的计算精度高,另外计算速度也不慢。我们是不是还能提高方法的速度呢?我们尝试使用这样的简化,把这个涡尾方法进行简化。右上方是我们传统累计图,经过简化得到左下方简化涡环的结构,通过简化我们这个计算精度不变的情况下,计算速度可以提高10倍以上。

右下方最左边三个是我们计算方法,最右边是全尾性模型计算的时间能够提高十倍以上。

第二是在智能叶片和设计还有控制策略,控制策略。现在风电机叶片越做越大,这样超大型的叶片,我们提出一些辅助的方法,借鉴航空技术提出智能叶片概念,智能叶片将是未来超大型控制基础发展的方向。就是在叶片靠尖端加一些流程控制手段,也就是尾缘襟翼的分析。

在尾缘襟翼结构设计完基础之上对控制策略进行设计,控制策略我们包括对风电场的湍流风、剪切还有平台运动,我们都做了一个兼并。在所有方法里面都有一个待定的控制系数ABC,这个ABC后面通过大量仿真来确定系数。这也是申请了专利。

另外,尾缘襟翼结构控制策略完成之后需要对不同的风电场进行分化,来验证我们尾缘襟翼对载荷波动减缓控制的效果,仿真风况我们主要针对剪切风还有湍流风。刚才说漂浮式风力机,像这样一个控制法对更大的风机是更能产生作用的,漂浮式平台的运用是考虑在内的。

另外在剪切风,对湍流风还有浮式平台分别ABC确定它的系数。最后就是说在确定每个控制系数之后我们方针,剪切风、湍流风、波浪综合一下把控制效果。

最后总结,今天我讲了三个方面,第一个就是说高精细赌博自由涡核迹方法,第二尾缘襟翼智能叶片的设计与载荷,第三是基于模糊自定义IP变奖控制研究。对今天这个题目这是其中一部分,我们团队其他方面包括塔架、机组传用电各个方面。我的汇报完了。谢谢。

(发言为北极星风力发电网根据速记整理,未经本人审核)

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