基于bladad的风力发电机组风速仿真研究

基于bladad的风力发电机组风速仿真研究

0载荷的算及分析在大型风力发电的初始预算中，应确定整体方案后的负荷计算和分析非常重要。依据标准,载荷计算必须依据一定的工况和外部环境条件进行分析。对于风力发电机组来说,风资源等外部条件是决定载荷的主要因素,因此风资源的模拟、仿真的正确性非常重要。1风切变指数模型风切变表征了稳态平均风速随高度的变化情况。风切变的研究主要有2种可选模型:指数模型和对数模型。这2种模型都是用来研究距离地面高度h处的风速V(h)相对于参考高度h指数模型定义风切变指数为α,则风切变指数模型表达式如下:如果不考虑风速随高度而变化时,指数α取值为0。对数模型的定义与地面粗糙度z2尾流模型的分类塔影是由于塔架引起稳态平均风速的畸变。塔影数学模型可分为上风向塔架的尾流模型、下风向塔架的经验尾流模型和混合模型。上风向塔影尾流模型只适用于上风向塔架。对于下风向塔架,可采用一种基于余弦形状塔架经验尾流模型2.1安全建筑评分假设塔架上风向的轴向风速(V公式(3)适用于轮毂中心线以下±60°方位角内。对于中心线以上±60°方位角,我们认为V(x,z)=AVA(0.5-cosφ)+(0.5+cosφ)式中:φ是叶片角方位。2.2风琴塔的阴影对于下风向塔架,风速V可表示为对于轮毂中心线以下±60°方位角内,其他方位角的风速修正,与上风向位流塔影模型一致。3尾流对稳态平均风廓线的影响风轮全部或部分位于上风向运行着的风电机组的尾流里,其载荷计算就要考虑尾流对稳态平均风廓线的影响。通常我们用高斯轮廓线来描述位于上风向风电机组的尾流,距离尾流中心线(即轮毂位置偏移量r)的局部风速可表示为式中:V定义流速偏差和尾流宽度W常采用尾流环流模型4风湍流仿真模型湍流风是计算疲劳载荷时要考虑的主要因素。有2种计算大气湍流的模型:VonKarman模型和Kaimal模型,本文采用前者。根据VonKarman模型,湍流纵向自相关谱密度表达式如下式中:S其中,当使用这些湍流风场进行风湍流仿真时,要注意以下几点。①风场的长度L②风场的宽和高必须能够涵盖整个风轮,即至少等于风轮的直径。风场也可以很高,以包含住风轮和塔架。③在水平和垂直方向上选取的网格点数应该达到足够风轮平面风速变化的适当取样点数。网格空间一般为6~7m。生成风场的时间是以格数的4次幂增加,所以尽量少用必需点以外的点是非常重要的。对于顺风向10Hz就足够了。④同一湍流特性的不同的历史记录,可以通过改变随机数的种子来得到。5及时风速变化模型湍流模型应包括风速、风向变化和循环抽样的影响纵向风速分量标准差特性值:当I5.1阵风失电停机极限载荷对标准风力发电机组等级,重复周期为N年的轮毂高度的阵风幅值如下式:式中:σ在计算DLC1.5机组在发电状态下,一年一遇的极端阵风失电停机的极限载荷中,设置额定风速12m/s,阵风幅值8.7m/s,持续时间10.5s,失电停机时间可以分别设置为阵风启动后的0,2.45,4.0,5.25s。5.2极端风窗ew应用下列2个瞬时风速来计算重复周期为50a的极端风切变。瞬时垂直切变:瞬时水平切变:式中:a=0.2;$=6.4;T=12s;Λ5.3极端方向的变化edc用下列关系式计算重复周期为N年的极端风向变化幅值θ式中:θ5.4极端相关矩阵rcg对标准等级的风力发电机组,假定极端相关阵风的幅值V式中:T为10s时阵风增强时间。5.5极端风速模型ewm50a极端风速V式中:z6运行模型及载荷三维湍流的仿真设置中,Y>60,可以选择70,Z可以选择100,网格空间一般为6~7m,x=10Hz,按照认证要求,湍流仿真时间应超过30s,这里可以选择600s。生成的三维湍流波形如图1所示。选择沈阳工业大学研制的SUT-1000样机为对象,其基本计算参数:风轮直径60.62m;叶片数目3;轮毂中心高度59.14m;塔架高57.175m;主轴倾角5°;风轮锥角0°;塔架位置为上风向;齿轮箱传输比为78.159;功率调节方式为变速变距;切入风速3.5m/s;额定风速12m/s;切出风速25m/s。在blade软件中输入机组设计参数,然后进行模态分析、气动性能计算、稳态性能计算和动态性能计算。在动态模拟里面,依据IEC标准,分别计算各外部条件下的载荷情况。计算的载荷类别如表1所示。根据标准计算的坐标系和部分载荷如图2,3,4所示。7风机外部风况载荷仿真计算针对大型风力发电机组各外部风况进行分析,研究了各工况下风速条件的模拟及参数设定,利用仿真模拟的方法,以