水平轴风力机载荷的统计分析与计算

论文摘要

风能资源潜力巨大,风电已经成为新世纪解决能源危机和环境污染的重要组成部分。风力机叶片的设计和可靠性直接关系到风力发电机组的安全运行。风速的随机性是风力机叶片随机载荷产生的主要原因,也是导致叶片疲劳失效的重要因素,因此研究风速分布模型并对载荷进行统计分析成为必要。本文进行了风电场风速分布模型的研究,分析了双参数Weibull分布模型参数估计方法以及风能特征值的计算,并结合风电场实际数据拟合出符合风电场实际的风速分布模型;具体分析了影响风速的因素和几种常用的功率谱模型,采用Kaimal模型和Davenport相干函数,运用谐波合成法对风电场紊流风速进行了模拟;利用叶素-动量理论对风力机叶片进行气动载荷计算,同时考虑叶片的重力载荷和离心力载荷,模拟了风力机叶片根部挥舞力矩和摆振力矩的载荷时程;基于雨流法对十分钟叶片根部的挥舞力矩和摆振力矩进行雨流计数,采用Gumbel分布和三参数Weibull分布进行了挥舞力矩和摆振力矩载荷谱的统计分析和比较,拟合出短期载荷分布曲线,同时给出了长期载荷计算方法,为风力机叶片疲劳可靠性分析和设计奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 全球风电发展现状
• 1.1.2 我国风电发展现状
• 1.2 水平轴风力机载荷研究的现状
• 1.2.1 风速的研究
• 1.2.2 风力机载荷的研究
• 1.3 论文课题的主要内容
• 第2章 风速的Weibull 分布模型
• 2.1 前言
• 2.2 Weibull 分布模型
• 2.3 风速双参数 Weibull 参数估计方法
• 2.3.1 统计量估计法
• 2.3.2 极大似然估计法
• 2.3.3 最小二乘法
• 2.3.4 最小误差逼近法
• 2.4 风能特征值计算
• 2.4.1 平均风能密度
• 2.4.2 风能可利用时间
• 2.4.3 有效风能密度
• 2.5 模拟实例分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 风电场风速的模拟
• 3.1 引言
• 3.2 风电场平均风速
• 3.2.1 平均风速
• 3.2.2 影响风速的因素
• 3.3 风电场紊流风速
• 3.3.1 Von Karman 模型
• 3.3.2 改进的Von Karman 模型
• 3.3.3 Kaimal 模型
• 3.3.4 Harris 功率谱模型
• 3.3.5 Davenport 风速谱模型
• 3.3.6 Davenport 相干函数
• 3.4 风电场风速模拟
• 3.4.1 风速模拟方法
• 3.4.2 风场模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 风力机载荷的分析计算
• 4.1 引言
• 4.2 水平轴风力机气动载荷分析理论
• 4.2.1 动量理论
• 4.2.2 叶素理论
• 4.2.3 叶素－动量理论
• 4.3 水平轴风力机载荷计算
• 4.3.1 水平轴风力机气动载荷计算
• 4.3.2 水平轴风力机重力载荷分析
• 4.3.3 水平轴风力机离心力载荷分析
• 4.4 水平轴风力机载荷模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 风力机载荷的统计分析
• 5.1 雨流计数法
• 5.2 叶片根部载荷雨流计数
• 5.3 载荷分布模型
• 5.3.1 Gumbel 分布模型
• 5.3.2 三参数Weibull 分布模型
• 5.4 短期载荷分布模型
• 5.4.1 Gumbel 分布
• 5.4.2 三参数Weibull 分布
• 5.5 长期载荷分布模型
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要