2024中国可再生能源大会：风电机组长柔叶片功率-载荷-失速特性多目标优化设计

风电机组长柔叶片功率-载荷-第十九届中国可再生能源大会风能分会汇报录研究背景研究背景研究方法研究方法优化结果优化结果总结与展望总结与展望4研究背景（1/3）—风电发展趋势建设新型能源体系30年风电占比8%，60年占比27%资料来源：国家发改委，能源局明阳智能143m叶片资料来源：明阳智能建设新型能源体系30年风电占比8%，60年占比27%资料来源：国家发改委，能源局明阳智能143m叶片资料来源：明阳智能全球海上风电机组发展趋势大容量、大型化趋势资料来源：GWEC5研究背景（2/3）—叶片设计现状本研究关注点：在叶片设计阶段考虑叶片失速特性进行多目标优化6研究背景（3/3）—多目标优化现状多目标设计现状：大部分是对功率特性和结构特性的多目标研究方法（1/3）—平台功能架构概念级概念级气动参数化建模结构参数化建模截面属性计算智能优化算法优化目标和约束条件叶片性能分析自动化三维数模生成自动化三维数模生成自动化有限元网格划分有限元分析••••详细级详细级89研究方法（2/3）—平台程序架构平台集成与参数交互：IsightV2020参数化建模与后处理截面属性计算性能计算与气弹仿真有限元分析OpenFASTV3.5.1截面属性计算研究方法（3/3）—多目标优化算法经典多目标优化算法：多目标遗传算法MOGA算例1：2MW63.5m算例优化结果载荷项权重w1=0.80稳态风况下叶根最大挥舞弯矩优化结果载荷项权重w1=0.80稳态风况下叶根最大挥舞弯矩优化目标函数F1发生最优叶尖速比偏移!算例1：2MW63.5m算例初步优化阶段的最优叶片设计，由于最优尖速比的偏移，发生失速时的临界尖速比更大，失速风险更大；随着攻角增大，翼型升力系数第一次急剧下降的现象；失速现象会使叶片的气动性能急剧恶化；算例1：2MW63.5m算例固定载荷特性优化项权重，改变最优叶尖速比控制项权重为控制变量，设计叶尖速比选用基准叶片的最优叶尖速比最优叶尖速比控制项对叶片的最优尖速比进行控制使其尽可能靠近与机组设计要求匹配的设计尖速比算例1：2MW63.5m算例最优叶尖速比控制项优化目标函数F最优叶尖速比控制项优化目标函数F2算例1：2MW63.5m算例最优叶片的最大扭角更大最优叶片的最大扭角更大叶尖段扭角高于基准叶片叶片各段厚度基本保持一致最大弦长段厚度稍大载荷项权重w1=0.80；叶尖速比控制项权重w2=1.50最大弦长基本一致叶片中段弦长稍大，叶尖稍低算例1：2MW63.5m算例挥舞弯矩~风速挥舞弯矩~风速最优叶片叶根最大挥舞弯矩为5450kNm，基准叶片为5520kNm，优化幅度2.1%最大弦长叶素攻角~尖速比相同叶尖速比下，最优叶片的运行攻角较基准叶片全面下降，平均降幅1.5°功率系数~尖速比最优叶尖速比与设计尖速比相同，最大功率系数基本不变，曲线平坦度增加，工作范围更宽算例2：15MW117m算例优化目标函数F优化目标函数F3载荷项权重w1=0.20；失速特性优化项权重w2=0.01算例2：15MW117m算例功率特性：最大功率系数降低1.52%，功率特性小幅恶化；失速特性：额定工况下最大弦长处的失速裕度提高1.07°,失速风险小幅降低；总结与展望初步完成了长柔叶片气动—结构一体化设计平台开发基于翼型失速攻角提出了新的失速风险评估模型提出了最优叶尖速比控制项，为不同设计尖速比的叶片设计提供了方法论支撑将功率特性、载荷特性、失速特性均纳入多