2024中國可再生能源大會(huì)：風(fēng)電機(jī)組長柔葉片功率-載荷-失速特性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

風(fēng)電機(jī)組長柔葉片功率-載荷-第十九屆中國可再生能源大會(huì)風(fēng)能分會(huì)匯報(bào)錄研究背景研究背景研究方法研究方法優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果總結(jié)與展望總結(jié)與展望4研究背景（1/3）—風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)建設(shè)新型能源體系30年風(fēng)電占比8%，60年占比27%資料來源：國家發(fā)改委，能源局明陽智能143m葉片資料來源：明陽智能建設(shè)新型能源體系30年風(fēng)電占比8%，60年占比27%資料來源：國家發(fā)改委，能源局明陽智能143m葉片資料來源：明陽智能全球海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)展趨勢(shì)大容量、大型化趨勢(shì)資料來源：GWEC5研究背景（2/3）—葉片設(shè)計(jì)現(xiàn)狀本研究關(guān)注點(diǎn)：在葉片設(shè)計(jì)階段考慮葉片失速特性進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化6研究背景（3/3）—多目標(biāo)優(yōu)化現(xiàn)狀多目標(biāo)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀：大部分是對(duì)功率特性和結(jié)構(gòu)特性的多目標(biāo)研究方法（1/3）—平臺(tái)功能架構(gòu)概念級(jí)概念級(jí)氣動(dòng)參數(shù)化建模結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模截面屬性計(jì)算智能優(yōu)化算法優(yōu)化目標(biāo)和約束條件葉片性能分析自動(dòng)化三維數(shù)模生成自動(dòng)化三維數(shù)模生成自動(dòng)化有限元網(wǎng)格劃分有限元分析????詳細(xì)級(jí)詳細(xì)級(jí)89研究方法（2/3）—平臺(tái)程序架構(gòu)平臺(tái)集成與參數(shù)交互：IsightV2020參數(shù)化建模與后處理截面屬性計(jì)算性能計(jì)算與氣彈仿真有限元分析OpenFASTV3.5.1截面屬性計(jì)算研究方法（3/3）—多目標(biāo)優(yōu)化算法經(jīng)典多目標(biāo)優(yōu)化算法：多目標(biāo)遺傳算法MOGA算例1：2MW63.5m算例優(yōu)化結(jié)果載荷項(xiàng)權(quán)重w1=0.80穩(wěn)態(tài)風(fēng)況下葉根最大揮舞彎矩優(yōu)化結(jié)果載荷項(xiàng)權(quán)重w1=0.80穩(wěn)態(tài)風(fēng)況下葉根最大揮舞彎矩優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F1發(fā)生最優(yōu)葉尖速比偏移!算例1：2MW63.5m算例初步優(yōu)化階段的最優(yōu)葉片設(shè)計(jì)，由于最優(yōu)尖速比的偏移，發(fā)生失速時(shí)的臨界尖速比更大，失速風(fēng)險(xiǎn)更大；隨著攻角增大，翼型升力系數(shù)第一次急劇下降的現(xiàn)象；失速現(xiàn)象會(huì)使葉片的氣動(dòng)性能急劇惡化；算例1：2MW63.5m算例固定載荷特性優(yōu)化項(xiàng)權(quán)重，改變最優(yōu)葉尖速比控制項(xiàng)權(quán)重為控制變量，設(shè)計(jì)葉尖速比選用基準(zhǔn)葉片的最優(yōu)葉尖速比最優(yōu)葉尖速比控制項(xiàng)對(duì)葉片的最優(yōu)尖速比進(jìn)行控制使其盡可能靠近與機(jī)組設(shè)計(jì)要求匹配的設(shè)計(jì)尖速比算例1：2MW63.5m算例最優(yōu)葉尖速比控制項(xiàng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F最優(yōu)葉尖速比控制項(xiàng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F2算例1：2MW63.5m算例最優(yōu)葉片的最大扭角更大最優(yōu)葉片的最大扭角更大葉尖段扭角高于基準(zhǔn)葉片葉片各段厚度基本保持一致最大弦長段厚度稍大載荷項(xiàng)權(quán)重w1=0.80；葉尖速比控制項(xiàng)權(quán)重w2=1.50最大弦長基本一致葉片中段弦長稍大，葉尖稍低算例1：2MW63.5m算例揮舞彎矩~風(fēng)速揮舞彎矩~風(fēng)速最優(yōu)葉片葉根最大揮舞彎矩為5450kNm，基準(zhǔn)葉片為5520kNm，優(yōu)化幅度2.1%最大弦長葉素攻角~尖速比相同葉尖速比下，最優(yōu)葉片的運(yùn)行攻角較基準(zhǔn)葉片全面下降，平均降幅1.5°功率系數(shù)~尖速比最優(yōu)葉尖速比與設(shè)計(jì)尖速比相同，最大功率系數(shù)基本不變，曲線平坦度增加，工作范圍更寬算例2：15MW117m算例優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F3載荷項(xiàng)權(quán)重w1=0.20；失速特性優(yōu)化項(xiàng)權(quán)重w2=0.01算例2：15MW117m算例功率特性：最大功率系數(shù)降低1.52%，功率特性小幅惡化；失速特性：額定工況下最大弦長處的失速裕度提高1.07°,失速風(fēng)險(xiǎn)小幅降低；總結(jié)與展望初步完成了長柔葉片氣動(dòng)—結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)基于翼型失速攻角提出了新的失速風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型提出了最優(yōu)葉尖速比控制項(xiàng)，為不同設(shè)計(jì)尖速比的葉片設(shè)計(jì)提供了方法論支撐將功率特性、載荷特性、失速特性均納入多