数字液压风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。由于大型风力机不具备开展实验研究的条件,且风力机中的液压系统具有较强的非线性,为了准确研究数字液压风力机多泵切换时系统工作特性的变化规律,提出了一种基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统,并对数字液压风力机风轮特性模拟和最大功率跟踪控制进行设计。通过风速阶跃变化、恒定风速时多泵切换、渐变风速多泵切换3种工况下数字液压风力机工作特性的实时仿真测试,验证了数字液压风力机半实物仿真系统的正确有效性,为数字液压风力机的稳定运行和风能高效利用提供理论依据和技术参考。

由于风力机所受风力来流的随机性和风力机结构的复杂性,风力机在随机风载荷下的动力学行为分析一直是风电行业急需解决的难题之一。采用刚体有限元法,将柔性塔架与叶片通过刚体单元与弹性阻尼节点进行离散,建立了风力发电机结构动力学新模型,利用模态叠加原理与Newmark法对动态特性进行了求解计算,编制相应的MATLAB仿真程序。以某型NERL 1.5MW风力发电机组为例,研究了固有频率及振型,湍流风条件下的位移、速度响应。计算结果同风力机软件GH-Bladed数据对比。结果表明刚体有限元法建立的动力学模型准确可靠,适用于风力发电机的动力学分析计算。

大型风力机叶片根部腹板与蒙皮粘结区常发生疲劳失效，造成腹板脱胶，进而影响风力机的安全运行。腹板缘条作为腹板与蒙皮的连接部件对腹板粘结区应力分布及叶片的结构性能有重要影响。文中以NREL 5MW风力机为研究对象，对叶片分别建立单、双腹板有限元模型。采用ICEM CFD对计算域进行结构化网格划分，在fluent软件中流场分析，并获取额定工况下的气动载荷。通过Ansys与Ansys workbench联合仿真，分析添加缘条结构前后叶片在额定工况下的叶片结构性能的变化，研究发现缘条结构有助于减小叶片变形、改善粘结区应力分布以及改变叶片固有频率，其中对单腹板叶片改善较小，双腹板叶片改善明显。

目前国内外对钝尾缘翼型的研究主要集中于翼型的改进方式与二维气动性能的模拟,对钝尾缘翼型应用于风力机时对其性能影响的研究较少,然而钝尾缘翼型应用于风力机时由于旋转效应的存在叶素翼型之间会发生相互影响。为了更好的研究钝尾缘翼型,了解钝尾缘翼型对风力机性能的影响,对NREL 5MW风力机叶片内侧翼型进行对称钝尾缘修型,分析二维翼型气动性能,发现一定范围内,翼型的升力系数、升阻比均随尾缘厚度的增加而增大。对原风力机进翼型替换,模拟并对比两类风力机的性能,研究表明改型后风力机的输出扭矩高于原机,而且随风速增大改型风力机的优势变得越来越突出;然而在相同工况下,改型后风力机的轴向力也大于原机。

基于风电场现场数据,根据故障率、故障时间和维修成本等指标确定影响风力机可靠性的主要零部件。利用FTA法分析主要零部件故障的具体原因;采用相关性分析法分析风力机故障率与环境因素(风速、温度及环境湿度)之间的相关性;利用季节指数分析风力机故障率的季节性特征。结果表明:液压系统﹑电气控制系统和偏航系统故障是造成风力机故障率高的主要原因,故障率占比达67.91%;发电机和传动系统虽然故障率较低,但其平均故障时间和维修成本更高;故障率与风速、温度和湿度存在明显相关性,其中故障率与风速存在负相关关系,与温度和环境湿度存在正相关性。

为了合理布置风力机,尽量减小风力机尾流的影响,提高风电场效率,使风电场的经济性达到最佳,用风力机AV尾流数学模型计算了风力机尾流区速度分布和处于尾流区的风力机性能所受到的影响,计算结果和实验结果比较表明:AV尾流模型在一定程度上可以模拟风力机尾流区的速度分布,用来计算处于尾流区风力机性能是可行的.

本文对S809翼型的静态气动性能用CFD方法进行了数值模拟和分析，在计算过程中，使用了4种湍流模型对S809翼型进行了全湍流模拟，发现SST k-ω湍流模型的模拟效果与实验结果最为接近。但是大迎角状态下，S-A模型和k-ε模型预测的气流分离点较实验值靠后，导致升力显著高于实验值。另外，k-ε湍流模型算得的升力系数和k-ω湍流模型算得的阻力系数，与实验值的误差都比其他湍流模型大很多。之后又比较了SST k-ω湍流模型模拟的翼型几个状态下的表面压力分布和流场结构，研究了翼型静态失速下的气动性能。模拟结果显示，翼型边界层流动发生分离后，分离点在翼型吸力面上，且随着攻角的增大，分离点向前缘移动，直到整个翼型吸力面的边界层都发生了分离。当攻角足够大时，分离尾迹涡又重新附着在翼型壁面上，形成二次涡。

该文在前期液压变桨执行机构系统设计的研究基础上,利用Matlab/Simulink中SimHydraulics建立了完整的风力机液压变桨执行机构物理仿真模型,同时给出了传递函数数学建模结果,并对两种建模方法得到的液压变桨执行机构模型的稳定性作了比较分析,最后通过SimHydraulics所建液压变桨执行机构模型与风力机整机模型联合仿真,完成了风力机的变桨功率控制仿真实验.仿真结果表明,相比传递函数、状态方程、功率键合图等数学建模方法,SimHydraulics物理建模方法所建模型精确性更高,基于该模型的风力机功率控制、稳定性、可靠性等相关分析研究的准确性和可靠性也较高.

利用CFD软件对DU00-W-212翼型进行数值计算验证了SST k-ω湍流模型在CFD数值计算中的合理性。通过Profili中的修型功能分别增大翼型尾缘的上下翼面厚度。分析了在雷诺数Re=3×106情况下尾缘厚度对气动特性的影响趋势及机理。

钝尾缘风力机翼型有较好的结构和气动性能是目前多被用于大型风力机叶片靠近轮毂区域的选定翼型。但钝尾缘翼型也有缺点易产生大的脱流涡这会降低叶片的气动性能。为了更好地研究钝尾缘翼型的性能以了解其气动性能的降低能否与其结构性能的优化相匹配。采用计算流体动力学（Computational fluid dynamicsCFD）方法对薄尾缘翼型S809和改进的钝尾缘翼型S809-100的性能进行模拟和对比结果表明相对于薄尾缘翼型钝尾缘翼型可以增大断面的最大升力系数和升力曲线斜率并可以降低翼型污染对翼型升力影响的敏感度。