[发明专利]一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种风力发电机动态分析方法，特别是涉及一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法。

背景技术

目前，世界上能源日益短缺，环境污染问题已经引起人们强烈关注，风力发电作为一种清洁能源已成为新世纪电力发展的主要方向；在过去的几十年中，风力发电机组由转速固定的变桨距型发展为变速恒频型，发电效率已显着提高，但由于桨叶长时间高效运转，其周期性负载导致的疲劳将降低风力发电机组的稳定性和寿命，因此分析桨叶动态特性，是非常必要的。

通过计算桨叶连续和离散模型下的扭转频率和弯曲频率，并分析比较，同时采用有限元方法来分析风力发电机的动态特性，为研究大型风力发电机组的稳定性、故障诊断和寿命预测提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法，采用ANSYS软件大型恒频变速风电机组桨叶进行建模，通过比较数值计算值和测量值的误差，证明该模型在低阶时具有较高的计算精度，为研究大型风力发电机组的稳定性、故障诊断和寿命预测提供理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法，其所述方法包括采用ANSYS软件大型恒频变速风电机组桨叶进行建模，通过比较数值计算值和测量值的误差，证明该模型在低阶时具有较高的计算精度，仿真结果桨叶的低阶振动形式是挥舞，因此弯曲振动是其影响桨叶所受应力的主要形式，可忽略扭转效应。

所述的一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法，所述计算桨叶连续和离散模型下的扭转频率和弯曲频率，并分析比较，同时采用有限元方法来分析风力发电机的动态特性。

所述的一种风力发电机组桨叶动态特性分析方法，所述建立精度较高的有限元模型，计算了大型恒频变速风电机组桨叶的固有频率，证明无共振可能性，该型号桨叶的主要振动形式为挥舞，振动能量以弯曲振动为主，而非扭转，在低阶时，可以在弯曲扭转耦合效应中忽略扭转对应力的影响。

本发明的优点与效果是：

本发明采用ANSYS软件大型恒频变速风电机组桨叶进行建模，通过比较数值计算值和测量值的误差，证明该模型在低阶时具有较高的计算精度。仿真结果表明，桨叶的低阶振动形式是挥舞，因此弯曲振动是其影响桨叶所受应力的主要形式，可忽略扭转效应。为研究大型风力发电机组的稳定性、故障诊断和寿命预测提供理论依据，经济效益明显。

附图说明

    图1为本发明桨叶的俯视图；

    图2为本发明桨叶内部截面的有限元网格图；

图3为本发明桨叶的振型图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。

本发明是采用ANSYS软件大型恒频变速风电机组桨叶进行建模，通过比较数值计算值和测量值的误差，证明该模型在低阶时具有较高的计算精度。仿真结果表明，桨叶的低阶振动形式是挥舞，因此弯曲振动是其影响桨叶所受应力的主要形式，可忽略扭转效应。

通过计算桨叶连续和离散模型下的扭转频率和弯曲频率，并分析比较，同时采用有限元方法来分析风力发电机的动态特性。

实施例：

     1 桨叶的固有频率计算：

弯曲和扭转是桨叶运动经过简化后的两种运动方式。前者根据弯曲方向不同，又可分为在垂直于旋转平面方向和旋转平面内的摆振和挥舞。

1.1 桨叶的弯曲频率：

假设桨叶的固有频率是                                                ；桨叶节点n上所受到的离心力是T；桨叶单位长度下的质量是m；桨叶节点n上所受到的剪切力是S；桨叶的平衡方程式如下：

通过计算最终可以得到以下方程式：

假设桨叶的影响系数矩阵为D，对该矩阵进行离散后，桨叶的质量矩阵是M，桨叶的振型矩阵为，因此以上公式可以转化成如下方程：

假设振型矩阵为，通过对振型矩阵进行连续迭代五次或者六次收敛后，就可求出其它振型和最低阶频率。

通过以上这种方式所求出的结果是离散的数据点，该方法可以认为是用来进行分析桨叶动态特性的一个理论基础。

1.2扭转和弯曲的耦合：

通过求解模态微分方程的数值解；其弯曲自由振动方程式如下所示：