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兆瓦级风电机组在紧急停机时,通常会采取直接断开变频器、并迅速顺桨的停机逻辑,但此逻辑将导致叶片根部以及塔筒底部承受巨大的载荷冲击,在GL2010规范的DLC1.5、DLC1.6工况中叶根挥舞方向弯矩、塔底前后方向弯矩就经常出现极限载荷,叶片越长该问题尤为突出。
本文采用海装某2.0MW机组模型,以GL2010规范的DLC1.5工况为例,用GHBladed软件进行模拟仿真,对停机过程中的载荷进行分析,并提出了2种优化的停机方案,通过仿真后与原载荷进行了对比。
数据分析一、冲击载荷
按GL2010规范要求,DLC1.5工况需要考虑风电机组从切入风速到切出风速范围内,遭遇一年一遇的极端阵风(EOG1),同时要求在阵风的开始时刻、阵风的最低风速时刻、阵风的最高风速时刻以及阵风加速度最大时发生电网掉电。通常2.0MW机组在1.2倍额定风速附近,并在阵风加速度最大或阵风风速最大时发生电网掉电最容易产生叶片挥舞弯矩和塔底倾覆弯矩的极值,因此本文以该工况进行分析。
如图1、图2、图3所示,为一DLC1.5工况的仿真结果(横轴为时间单位s,纵轴为风速m/s或载荷):在1.2倍的额定风速附近遭遇一年一遇的极端阵风,同时在阵风加速度最大(9s)时发生电网掉电。
由图2、图3可见,叶根与塔底的载荷首先随风速增加而增加;到第9s时电网掉电,机组开始紧急停机;叶跟、塔底载荷到达极大值然后迅速下降为0,并反向增至极小值。
塔底倾覆弯矩或叶片挥舞弯矩极小值有时甚至比极大值还大。本文称此极小值为冲击载荷。
据仿真经验,电网掉电后,若叶片的顺桨速度越快或叶片越长,该冲击载荷将会越大。
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