目前，风力发电机组已呈现大型化、低速化的趋势，直驱型风力发电机组以其故障率低、可靠性高,越来越多地受到海上风电行业的重视，传统的静态设计很难满足风电传动高可靠性要求。由于风能具有明显的随机性、波动性、间歇性等特点，这种不稳定的载荷容易使风电机组传动系统产生扭振，进而造成了风电机组的各部件的故障甚至破坏，降低了风电机组的发电质量和传动系统的使用寿命，增加了风场的运营和维护成本[1-2]。
国内外学者对风电机组传动系统的扭振瞬态响应的研究较少，大部分仅针对风电机组传动系统中单个部件(如叶片、齿轮箱、偏航系统、塔筒等)进行扭振分析，或者针对传动系统仅考虑恒定载荷下的扭振响应，未考虑风的动态载荷对系统扭振的影响[3-4]。因此，建立适合我国海上直驱型风力发电机组瞬态动力学计算分析流程，对我国风力发电机组机械设计理论发展具有重要意义。
本文以海上直驱型风电机组传动系统为研究对象，建立了基于风剪切-塔影-湍流效应的随机风载荷模型和风电机组传动系统的扭振简化计算模型；采用Newmark-β[4]逐步积分法得到了传动系统的瞬态扭振响应，形成了完整的风电机组传动系统扭振计算与校核的流程。通过对上述关键技术的研究分析，可实现我国大规模海上风电开发和海上风电场建设的需要，保障海上风电的健康可持续发展，同时对提高我国风力发电制造企业自主研发与设计能力具有重大意义。
海上直驱型风电机组主要由风轮、传动轴、发电机和机舱等构成。对该系统进行扭转振动特性分析时，在满足工程精度要求的前提下，为提高计算效率，降低计算成本，需对系统进行一定程度的简化。在进行扭振分析时，模型简化的方式很多，但都应遵循以下基本原则：(1)系统的总惯量不变；(2)模型的固有频率与原系统的固有频率一致。
目前，轴系扭振的集总参数法已较为成熟，被广泛用于各类旋转机械的扭振分析。常用于风力发电组系统的简化模型有六质量块模型、三质量块模型以及二质量块模型，其中六质量块和三质量块模型一般被用于带齿轮箱的风电机组的建模。针对海上直驱型风电机组传动系统的扭振计算，本文建立了基于集总参数法的二质量块模型，即将叶片与桨毂简化为第1个质量点，发电机转子作为第2个质量点，简化后的模型见图1。图1中，J1、J2分别为质量点1和质量点2的惯量；c1、c2分别为两个质量块的阻尼；θ1、θ2分别为两个质量块的转角；k12为两质量点间的刚度；c12为两质量点间的阻尼；M(t)为施加在质量点1处的扭矩。
图1 海上直驱型风电机组的二质量块模型
一般地，n自由度系统的扭转振动微分方程见式(1)。
(1)
式中：J、C、K分别为转动惯量矩阵、阻尼矩阵、扭转刚度矩阵；
风电机组传动系统瞬态扭振计算的影响因素主要包括：惯量、刚度、阻尼、气动载荷及电机扭矩特性等，其中惯量、刚度、阻尼等系统参数由厂家提供。
永磁直驱型风电机组大部分情况下在额定风速以下运行，为了捕获最大风能，运行时一般采用变速恒频发电的工作方式。变速恒频发电运行方式为：机组在额定风速以下时，风电机组按最优桨距角定桨距运行，以达到最佳功率曲线追踪和最大风能的捕获；在额定风速以上时，由风力机控制系统通过调节桨距改变风能系数，从而控制风电机组的转速和功率。因此，在不考虑电网波动对机组的影响时，可近似认为发电机的外部激励力矩为0。
综上所述，在进行扭振响应计算时仅需考虑风载荷对系统的影响。根据上述条件，可得出永磁直驱型风电机组的扭振微分方程，见式(2)。
1）课前阶段。在混合式教学实施时，教师每周在课前将设计自主学习任务单和在线配套课程资源上传至蓝墨云端。课前自主学习任务单由四部分组成：①学习要达成的教学目标、学习的难点和重点以及学习方法、手段的建议等；②课前自主学习任务，请学生按照自己的节奏安排时间，观看配套资源及其他相关学习资料并阅读对应的教材章节；③自主进行学习效果检测，自学完学习材料后，完成配套的自测题目，并按照学习任务书单的提示自行检查课前学习效果；④仿真实验学习，根据提供的实验仿真模型，首先了解仿真模型各模块的功能，通过改变控制参数和负载类型，观察相关工作波形。
发酵40天时，pH 6.5的发酵液谷氨酰胺酶活力约为4.5 U/g，逐渐降低至50天的酶活力约为3.8 U/g，经过一段平台期(50～55天)后，谷氨酰胺酶活力迅速下降至70天的约1.0 U/g。pH 5.4的发酵液则由40天的酶活力约3.2 U/g逐步降至70天的酶活力约0.5 U/g。
(2)
图2为海上直驱型风电机组传动系统扭振计算分析流程。本文主要研究不同气动载荷模型对海上大型风电机组扭振特性的影响。
由于风剪切效应和塔影效应的存在，风速值在整个风轮扫掠面上处处不同，从而导致了在风轮扫掠面上所受到的空气动力扭转载荷的变化。此外，由于风速本身的随机性，也会造成激励力矩的变化。常被用于风电机组载荷计算与分析的风速模型主要有：风剪切模型、塔影效应模型和湍流风速模型。
对于该所有研究对象的治疗依从性、健康知识的知晓率以及不良反应发生的情况进行比较。评价本文所有研究对象，经过不同护理干预以后患者的空腹血糖值、餐后2 h血糖值、糖化血红蛋白等相关指标情况。
图2 风电机组扭转振动计算分析流程
对风剪切的计算常采用指数模型，即：
V(z)
W(r,φ)]
(3)
式中：V(z)为离地高度为z处的风速；Vh为轮毂处风速；h为桨毂处高度；z为离地垂直高度；α为风剪切系数；φ为方位角。
由此可见，事物的多重性决定了疼痛本身是一个极其复杂的过程。个体间痛觉的过程更是截然不同。同一患者处于不同时期、不同场合、不同条件下，痛觉的体验也是截然不同的。因此，术后镇痛一定是多维度的、个体化的诊疗策略。
塔影效应模型的表达式为：
V(y,x)=Vh+Vt(y,x)
(4)
(5)
式中：V0为空间平均风速；a为塔架半径；y为桨叶微元到塔架轴线的y轴方向距离；x为桨叶微元到塔架轴线x轴方向距离，即悬垂距离；Vt(y,x)为塔影效应对风速施加的变化扰动。
风剪切和塔影效应中使用的是不同的参考风速。风剪切使用的是桨毂离地高度处风速Vh，塔影效应中使用的是空间平均风速V0，二者有如下关系：
(6)
式中：R为全桨叶半径。
(7)
由于y=rsin φ，式(5)可改写成下式：
=Vhvtt(r,φ,x)
5.2.5 A medical sense that human being should keep balance and coordination with nature
(8)
式中
(9)
需要注意的是，塔影效应只产生于下半叶轮扫掠面，即方位角0.5π≤φ<1.5π。风电机组桨叶微元到叶轮中心距离r的范围由式(10)确定：
0<r<R,φ1 <φ<φ2
3)纸地膜受到太阳辐射、风力侵蚀、降雨侵蚀及微生物分解等一系列破坏作用，容易发生分解、破碎，纸地膜持续时间较短[3]，影响了保温保湿的效果。
(10)
根据叶片微元半径距离r和方位角β的不同取值，可得到4个区域风速计算模型。其区域划分见图3。
伯父带着我们，哥哥、弟弟、姨……共八九个人，在大月亮地里往大街里跑去了.那路之滑，滑得不能站脚，而且高低不平。他们男孩子们跑在前面，而我们因为跑得慢就落了后。
图3 作用于风电机组的风速区域划分
区域①风速计算模型：
(11)
区域②风速计算模型：
(12)
区域③风速计算模型：
本文针对传统I/O总线带宽不足的缺点,采用PCIE总线协议,设计一个基于双DMA缓冲的传输机制,减小了在传统DMA传输过程中中断响应等待时间的影响,提高了PCIE有效利用率。并应用于图像数据传输,设计了高速图像传输系统,传输速率实测验证达 2 143 Mbyte/s。基于该传输速率下,可以实现PC端图像快速采集、高清视频图像的实时传输等应用。
(13)
区域④风速计算模型：
(14)
湍流风速具有随机性强的特点，其各频率下的能量分布可以用各向功率谱密度函数描述。根据风电机组设计要求IEC 61400—1标准最新版推荐的Kaimal湍流谱模型进行计算，其风速谱计算公式为：
(15)
式中：f为频率；k为3个分量方向；Sk为单方向的风速谱；σk为湍流标准偏差；Lk为尺度参数；v为风电机组轮毂高度的来流风速。
老福已经有一个多星期没去局里了，因为那件倒霉事他准备调离公安局，目前他正利用休假在家考虑何去何从。对他来说，已经二十年没休过假了，他也确实需要一点时间好好反思一下自己的成败得失，没想到刚安静几天就碰上这么个事。
在实际建模计算中，需将Kaimal风速谱转化为时域风速函数：
我曾以为是父母给予的良好教育或他人的影响引导他有意识地提前规划，结果才发现，只要你愿意，你完全可以像他一样，透过搜索努力地去了解这个职业完整的路径，树立一个可达又远大一点的目标，最好能一站接一站，清晰地连向终点，才能让你在一路奔跑和驰骋中不动摇，少倦怠，更有动力在抵达每一站后继续向前走。这样的一条路，到底是怎样的？不如透过关于吕杨的1个故事和2篇访谈分离出来的小文，一步一步带你看得更清楚！
(16)
式中：w=2πf；t=i·Δt；i=1,2，3，…,N；ψn为方位角，取0到2π之间的值；T为阵风特性时间。
根据贝兹理论，风电机组的转矩可近似由式(17)表示：
AECOPD是由于慢阻肺病程迁延，长期处于低氧血症与高碳酸血症、红细胞继发性增多的状态导致机体凝血机制障碍，一旦遭遇病毒、细菌等感染或环境不利因素时，发病迅速，病情加重而送医院急诊室救治[8，9]。
(17)
式中：λ为风机叶尖速比；ρ为空气密度；δ为桨距角；CT(λ,δ)为转矩系数；V为风轮转速。
进行扭振响应计算前需先计算系统的固有频率，以确定在风电机组运行时是否存在扭振共振点。本文选取某海上5 MW型永磁直驱风电机组为算例，表1为系统的总体技术参数，表2为系统简化后的相关参数。进行海上风电机组的固有特性分析时，一般不考虑系统中阻尼的影响，自由振动的固有频率仅与系统的惯量和刚度有关。基于前述的扭振二质量块模型，在MATLAB中建立海上直驱型风电机组的扭转自由振动方程并求解。表3给出了该风电传动系统的固有特性的计算结果。由于该机组的额定转速为12.1 r/min，由表3计算结果可知，风电机组在运行时不会产生扭振共振，因而需对风载荷下的风电机组传动系统进行瞬态响应分析。
表1 5 MW型机组的总体技术参数
序号名称单位数值1发电机额定功率MW52发电机额定转速r/min12.13风轮额定转速r/min12.14切入风速/额定风速/切出风速m/s3.0/11.4/25.05桨毂中心距海平面高度m906风轮直径m126
按照表1的机组总体结构参数，基于MATLAB按式(3)～式(16)分别建立风电机组在额定转速下的风剪切效应、塔影效应、湍流效应的风速模型，并根据式(17)进行风轮激励扭矩的计算，可得到不同风速模型在额定风速为11.4 m/s(风轮额定转速为12.1 r/min)产生的气动扭距激励，由图4～图7分别表示。
在进行扭振响应计算时，将上述3种气动载荷及其合成载荷作为系统的激励输入，采用Newmark-β逐步积分法对式(2)进行计算，分别得到了不同风速模型下系统的瞬态响应特性，计算结果以两质量点间的转角差进行表示，见图8～图11。
表2 系统的扭振当量参数
序号名称单位数值1风轮惯量kg·m23.54×1062发电机转子惯量kg·m24.40×1033等效轴段刚度Nm/rad7.19×1074等效轴段阻尼Nm/rad1.40×107
表3 系统的固有频率
阶次12单位rad/sr/minrad/sr/min固有频率0076.07456.42
图4 风剪切效应下的气动扭矩
图5 塔影效应下的气动扭矩
图8～图11中0～2 s左右范围是由于系统载荷从0突然加到额定载荷后所产生的阶跃负载响应。不考虑加载阶跃负载响应影响，系统运行平稳后，根据扭振转角与扭距之间的换算关系，可得到风剪切、塔影效应和湍流效应下的扭距幅值，经计算后分别为0.43、0.57、9.7 kNm。3种风速模型合成后轴段的扭距幅值为11.9 kNm。
图6 湍流效应下的气动扭矩
图7 风剪切-塔影-湍流效应下的气动扭矩
图8 风剪切效应下两质量点间的转角差
图9 塔影效应下两质量点间的转角差
图10 湍流效应下两质量点间的转角差
结果表明，额定转速下轴段的扭振响应幅值受风剪切和塔影效应的影响较小，受湍流效应的影响较大，3种风速模型合成后的扭振响应相较于湍流效应下的略大。这一结果说明了在系统存在阻尼时，风剪切和塔影效应产生的较小的周期性扭矩波动对系统扭振响应影响较小，而随机性的湍流气动载荷则仍旧会使系统产生扭振。
高校作为高等学历继续教育的办学主体，必须守好本分，尽到责任，在国家法律法规的框架下认真履行办学和监管责任，规范招生、教学、考试、收费、毕业证书发放等重要环节，管好校外支持服务站点，不能以任何形式转移（下放或外包）办学权、招生权、教学权、管理权。高校特别要规范学历继续教育招生行为，规避市场恶性竞争，严禁委托个人或中介机构代理招生，杜绝虚假宣传和违规承诺。对冒用学校名义开展的各类招生行为，学校要通过法律程序予以追究责任。要进一步加强考试管理，严肃考试纪律，落实好监考、巡考制度，并将网络监控、人脸识别等先进技术应用于考试，杜绝替考和舞弊发生。
图11 风剪切-塔影-湍流下两质量点间的转角差
(1)建议采用集总参数双质量模型对海上直驱型风电机组传动系统进行时域瞬态扭振计算与分析，该模型可以更好地评估风电机组传动系统的扭振固有特性。
(2)在模拟实际风速的前提下，获得了由随机风速引起的传动系统输入转矩，并将其作为风电机组传动系统的外部激励引入动力学模型中，使可靠性评估结果更接近工程实际。
(3)实例计算表明，风电机组传动系统的共振点不在机组运行的转速范围内，系统在运行时不会产生共振现象。传动系统的瞬态响应计算结果表明，高速轴在额定转速下受湍流效应的影响较大。建议在进行响应分析时采用3种风速模型的合成力矩作为激励输入。
参考文献：
[1] 侯海波. MW级风电机组动力学性能仿真分析研究[D]. 重庆：重庆大学, 2012.
[2] 王辉, 李晓龙, 王罡,等. 大型风电齿轮箱的失效问题及其设计制造技术的国内外现状分析[J]. 中国机械工程, 2013, 24(11):1542-1549.
[3] 秦大同, 张壮飞, 周海波. 随机风速下风力发电机传动系统动态外载荷计算[J]. 可再生能源, 2012, 30(9):26-31.
[4] 刘为杰, 姜建国. 直驱永磁同步风电机组次同步振荡建模与分析[J]. 电机与控制应用, 2017, 44(1):97-103.
[5] 张义民. 机械振动[M]. 北京: 清华大学出版社, 2007:241-242.
联系客服
