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考虑台风时空变异性的15 MW海上风电机组来流风速场研究 被引量:1
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作者 王浩 吕志童 +3 位作者 信志强 柯世堂 王同光 许波峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期253-260,共8页
已有针对大型海上风电机组的抗台风安全研究较少考虑对同一机组台风过境全过程的影响和同一时刻海上风电场不同机组的影响。然而,实际上台风具有显著的时空变异特征,随着海上风电机组日益朝着高大化趋势发展,有必要重新审视台风时空变... 已有针对大型海上风电机组的抗台风安全研究较少考虑对同一机组台风过境全过程的影响和同一时刻海上风电场不同机组的影响。然而,实际上台风具有显著的时空变异特征,随着海上风电机组日益朝着高大化趋势发展,有必要重新审视台风时空变异性对大型海上风电机组结构安全性的影响。以未来主流大型海上风电机组(15 MW海上风电机组)和主流海上风电场规模为研究对象,基于气象实测数据和台风多阶段风速场数据驱动模型获取了台风“威马逊”(1409)的台风致风速场时空变异特征,并反演了台风“威马逊”影响下同一时刻不同机组和同一机组不同时刻的15 MW海上风电机组的来流风速场,并开展了相应的极值对比分析。研究结果表明,台风时空变异性对海上风电机组的来流风速场影响显著,将导致同一风电场内的不同机组来流风速可能存在量级差异,也意味着相同设计标准下的风电机组在同一台风影响下会存在截然不同的结构安全表现。通过对台风时空变异特征及其引起的来流风速场进行研究,阐明了这些因素对大型海上风电机组结构抗台风安全性影响的重要性,可为面向我国海域的大型海上风电机组安全设计提供参考依据。 展开更多
关键词 海上风电 台风时空变异性 风电机组 风速场 极值风速
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风力机翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化
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作者 张帆 朱杰 +3 位作者 蔡新 杨帆 黄文婷 戴天师 《可再生能源》 北大核心 2025年第5期629-636,共8页
为使风力机翼型同时具有较好的气动与结构性能,文章提出了一种翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化方法。采用Hicks-Henne型函数表征翼型气动外形,利用XFOIL计算其气动性能;通过ANSYS建立翼型有限元模型并计算其拓扑结构性能。在此基... 为使风力机翼型同时具有较好的气动与结构性能,文章提出了一种翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化方法。采用Hicks-Henne型函数表征翼型气动外形,利用XFOIL计算其气动性能;通过ANSYS建立翼型有限元模型并计算其拓扑结构性能。在此基础上,采用MATLAB编写基于遗传算法且以升阻比最大以及结构柔顺度最小为目标的优化程序。对某1.5 MW风力机叶片的5种基本翼型进行3种目标权重因子下的优化设计,结果表明,相比于初始翼型,各优化翼型的最大升阻比均有提升,且结构柔顺度均有减小,并获得了基本一致的上、下表面主梁帽分别向前缘及后缘偏移的内部结构概念设计方案。与原叶片相比,采用优化翼型的新叶片结合微小的主梁帽偏移量可令叶片的气动与结构性能得到有效提升。 展开更多
关键词 风力机翼型 气动外形 拓扑结构 一体化优化
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基于独立变桨控制的台风下风电机组停机载荷分析 被引量:3
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作者 许波峰 戴成军 +5 位作者 蒋澎 王海良 汪亚洲 纪宁毅 刘皓明 蔡新 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期787-791,共5页
极端相干阵风(ECD)和台风极端风向变化(EDC_(T))两种风况中存在风向的极端变化,在此工况下风电机组停机,风轮的不平衡载荷更加显著。针对风电机组停机时转速下降的特点,文章对传统独立变桨控制中滤波器的设置方法、相位补偿的设置方法... 极端相干阵风(ECD)和台风极端风向变化(EDC_(T))两种风况中存在风向的极端变化,在此工况下风电机组停机,风轮的不平衡载荷更加显著。针对风电机组停机时转速下降的特点,文章对传统独立变桨控制中滤波器的设置方法、相位补偿的设置方法和工作区间进行了改进,提出了独立变桨停机控制策略。文章设计了GH Bladed和MATLAB/Simulink交互软件,采用改进的独立变桨停机控制策略,仿真了NREL 5 MW风电机组在ECD和EDC_(T)风况下停机载荷的变化特性。研究结果表明:提出的控制策略可以有效减小机组停机时轮毂M_(YN)和M_(ZN)的极限载荷,减小幅值达39%,显著降低了台风极端风向变化对停机时的风电机组结构的冲击。 展开更多
关键词 风电机组 台风 停机 独立变桨 极限载荷
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基于锥角控制的下风向风力机功率调节策略 被引量:6
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作者 许波峰 石腾 +3 位作者 李振 肖航 马远卓 蔡新 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期747-753,共7页
针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相... 针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相关,叶根载荷与锥角余弦值的平方正相关;最后,形成了一套基于锥角控制的下风向风力机功率主/被动调节策略.研究结果表明:采用主动调节策略可在超额定风速运行时有效控制风轮输出功率,并可使叶根载荷极值降低14.2%;较控制前,采用被动调节策略可使得在超额定风速运行时,输出功率与额定功率的平均偏差减小20.84 W.两种调节策略皆可实现超额定风速运行时下风向风力机输出功率的有效控制. 展开更多
关键词 下风向风力机 气动性能 风轮锥角 功率调节 风洞实验
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风剪切对风力机叶片气动性能及尾迹形状的影响 被引量:9
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作者 许波峰 朱紫璇 +3 位作者 戴成军 蔡新 王同光 赵振宙 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期362-372,I0001,共12页
风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步... 风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步进自由涡尾迹(free vortex wake,FVW)方法,耦合FVW方法与风剪切模型,计算不同风剪切因子作用下叶片的气动力系数、推力以及风轮后的尾迹形状变化,研究尾迹形状变化对风轮旋转平面诱导速度及风力机叶片气动性能的影响.结果表明:在风剪切入流条件下,随着风剪切因子的增大,风力机的气动力系数随时间做周期性波动的幅度加剧,推力的平均值逐渐减小,尾迹倾斜程度增大,尾迹在轮毂下方的倾斜程度更明显;尾迹形状的变化使风轮平面轴向诱导速度因子分布不均匀,同时使风力机的总体性能降低且偏离较大;倾斜尾迹相比于对称尾迹对风轮平面处的诱导影响有明显差别,波动幅值增大,气动力系数在波谷处的偏差比波峰处大.尾迹越倾斜,风轮旋转平面处的载荷不对称性越明显. 展开更多
关键词 风力机 风剪切 自由涡尾迹 气动性能 尾迹
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大型下风向柔性叶片参数化建模及两目标优化设计 被引量:2
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作者 许波峰 李振 +3 位作者 朱紫璇 蔡新 王同光 赵振宙 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期147-154,共8页
为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战,利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型,以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象,基于快速非支配排序... 为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战,利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型,以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象,基于快速非支配排序遗传算法开展单机年发电量最大和叶根挥舞弯矩最小的两目标下风向叶片优化设计,得到符合预期的Pareto最优解集。取解集中3套具有代表性的最优解进行分析,由于下风向离心力矩可抵消一部分挥舞弯矩,所以叶根挥舞弯矩均有大幅降低,其中A叶片以牺牲0.963%年发电量的代价,使其叶根挥舞弯矩和叶片挥舞刚度分别减小7.951%和27.071%,可实现大型下风向柔性风轮的轻量化优化设计。以选取的3套叶片为基础,分析弦长、扭角、挥舞刚度对优化目标的影响机制,发现叶片挥舞刚度参数对两优化目标的影响最大。 展开更多
关键词 风力机叶片 优化设计 遗传算法 参数化建模 下风向
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折叠式H型垂直轴风力机设计与分析 被引量:2
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作者 戴成军 许波峰 +3 位作者 汪亚洲 王海良 林世发 蔡新 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期637-642,共6页
轻便的风力机可以在野外环境下满足人们活动和生存的电源需求。文章针对便携可折叠需求,提出了一种便携折叠式H型垂直轴风力机。对风力机风轮参数和折叠机构进行了设计,采用双致动盘多流管模型对比分析了采用不同翼型的叶片气动性能,确... 轻便的风力机可以在野外环境下满足人们活动和生存的电源需求。文章针对便携可折叠需求,提出了一种便携折叠式H型垂直轴风力机。对风力机风轮参数和折叠机构进行了设计,采用双致动盘多流管模型对比分析了采用不同翼型的叶片气动性能,确定较优翼型。运用双致动盘多流管模型算法计算叶片的极限载荷,求解采用不同材料时叶片的重量,寻求适合便携式风力机叶片的材料。对极限载荷作用下的折叠机构连接杆进行静力学分析,保证风力机结构的设计安全性。静力学分析结果表明:采用NACA0018翼型的叶片气动性能更优;材料选择PEEK ST45CA30时,叶片重量最轻;在极限载荷作用下,设计的折叠机构连接杆满足安全要求。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 折叠 结构设计 气动性能 强度分析
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