[发明专利]基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，首先利用欧拉‑拉格朗日方程建立由风力发电机叶片和基于惯容的动力吸振器组成的系统的动力学方程，进而求得风力发电机叶片所受的外部载荷至叶片摆振方向位移的传递函数；接着对该传递函数进行无量纲化处理，并利用极点配置法推导了基于惯容的动力吸振器最优结构参数的解析表达式。本发明将基于惯容的动力吸振器应用于风力发电机叶片的摆振控制并给出了最优参数的解析表达式，相较于传统的利用数值优化对最优参数进行求解的方法，解析形式的最优参数表达式显然具有更好地简洁性和普适性。

技术领域

本发明属于风力发电机减振领域，具体是一种基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法。

背景技术

风能作为最重要的可再生能源之一，在过去的几十年里在世界范围内经历了快速增长。在目前的风力发电机设计中，风力发电机组被设计得容量越来越大，叶片越来越长，塔架越来越高以降低风力发电得成本。

然而风力发电机叶片尺寸的增大，也使其具有柔性轻阻尼的结构特点，更易受到外部载荷的激励。不必要的结构振动会降低风力发电机的疲劳寿命和发电效率，增加发电成本。

结构控制作为一种重要的风机叶片振动控制方法，主要分为主动控制，半主动控制和被动控制。其中主动控制和半主动控制由于需要制动器提供控制力，所以需要外部能量的输入，不但成本较高且需配合合适的控制算法才能达到较好的减振效果。而被动控制主要依赖将风叶的振动传递至附加质量块进而通过阻尼器将外部载荷输入的能量耗散掉，因此具有结构简单可靠性高，成本低的特点。而传统的调谐质量阻尼器由于有效频带较窄，面对复杂的风输入减振效果并不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，通过有效抑制叶片的摆振减小叶片所受到的疲劳载荷，达到降低发电成本，提高风力发电机运行寿命的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，包括以下步骤：

步骤1、应用欧拉-拉格朗日方程建立由风力发电机叶片和基于惯容的动力吸振器组成的系统的动力学方程；

步骤2、求解风力发电机叶片所受的外部载荷至叶片摆振方向位移的传递函数并进行无量纲化处理；

步骤3、利用极点配置法求取基于惯容的动力吸振器最优结构参数的解析表达式。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明无需致动器提供主动控制力对叶片进行振动控制，而是采用在叶片内部安装基于惯容的动力吸振器的方式将叶片的振动传递至附加质量块，并通过阻尼将能量耗散掉从而达到减振的目的，不仅成本低而且可靠性高，能应对各种复杂的外部条件；(2)相对于传统调谐质量阻尼器(TMD)，基于惯容的动力吸振器在阻尼上多串联了一个惯容和弹簧，具有更好减振性能；(3)本发明给出了基于惯容的动力吸振器最优结构参数的解析表达式，相较于数值优化，在具有更好地普适性，也大大简化了基于惯容的动力吸振器的参数调谐过程。

附图说明

图1为基于惯容的动力吸振器与风力发电机叶片组成的系统结构图。

图2(a)～图2(c)为本发明得到的叶片摆振方向位移的频率响应曲线，其中图2(a)为叶片转速为0时的频率响应曲线，图2(b)为叶片转速为额定转速时的频率响应曲线，图2(c)为叶片转速为额定转速三倍时的频率响应曲线。

图3为叶片摆振方向所受风载荷的曲线。