风力发电机动力学仿真研究
风力发电系统的建模与仿真研究
风力发电系统的建模与仿真研究随着能源需求的不断增长和环境保护的日益严峻，可再生能源成为了当今世界发展的方向。
风力发电作为最为成熟和广泛应用的可再生能源之一，在全球范围内得到了广泛的应用。
而风力发电系统对于其稳定性和可靠性的要求也越来越高。
风力发电系统的建模与仿真研究在保证系统稳定性、提高系统可靠性及经济性等方面具有重要意义。
本文将从风力机、风向传感器和风能变换器三个方面进行建模仿真的研究。
一、风力机的建模仿真研究风力机是风力发电系统的核心设备，而风力机的建模仿真研究是保证整个系统稳定性的重要前提。
针对风力机由于受到风速和风向等因素的影响，风机旋转的角度和转速常常不稳定，特别容易引起风力发电系统的不稳定，进而降低其发电效率的问题，对风力机的建模仿真研究显得尤为重要。
在建模仿真研究中，我们可以将风力机抽象成一个多输入多输出的系统，即将风机的变化量分为输入变量和输出变量。
输入变量包括控制信号和外部干扰信号，控制信号可以通过PID控制器等方式对风机进行控制，外部干扰信号则主要来源于风速和风向。
输出变量包括风机的转速、角度、机械功率等。
针对以上输入和输出变量的建模，可以利用Transfer Function进行数学描述。
定位到风力机的转速控制系统，通过建立传递函数模型，以此进行仿真计算。
例如，我们可以建立风速测量系统的传递函数模型，利用控制器对系统进行控制，进而实现对风力机转速的控制。
二、风向传感器的建模仿真研究风向传感器是风力机中至关重要的一部分，因为它是风力机控制系统得以获得风向参数的基础。
风向传感器的准确度也直接决定了控制系统对风力机的稳定控制能力。
因此，对风向传感器的建模仿真研究同样非常重要。
在建模仿真研究中，我们可以将风向传感器抽象为一个测量盒子，通过对其进行数学建模，从而实现对风向的控制。
同时，我们还需要考虑传感器的误差和干扰问题。
针对这些问题，可以通过噪声模型等方式对风向传感器的建模进行修正。
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
风力发电机组作为风力发电的核心设备，其性能优化和系统稳定性对于提高风电场的整体效率和经济效益具有重要意义。
对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入了解风力发电机组的运行特性和动态行为，还可以为风力发电系统的优化设计、故障诊断和性能提升提供理论支持和技术指导。
风力发电机组系统建模与仿真研究涉及多个学科领域，包括机械工程、电力电子、自动控制、计算机科学等。
建模过程需要考虑风力发电机组的机械结构、电气控制、风能转换等多个方面，以及风力发电机组与电网的相互作用。
仿真研究则通过构建数学模型和计算机仿真平台，模拟风力发电机组的实际运行过程，分析不同条件下的性能表现和动态特性。
近年来，随着计算机技术和仿真软件的不断发展，风力发电机组系统建模与仿真研究取得了显著进展。
各种先进的建模方法和仿真工具被应用于风力发电机组系统的研究中，为风力发电技术的发展提供了有力支持。
由于风力发电的复杂性和不确定性，风力发电机组系统建模与仿真研究仍面临诸多挑战，需要不断探索和创新。
本文旨在对风力发电机组系统建模与仿真研究进行全面的综述和分析。
介绍风力发电机组的基本结构和工作原理，阐述建模与仿真的基本原理和方法。
重点分析风力发电机组系统建模与仿真研究的关键技术和挑战，包括建模精度、仿真效率、风能转换效率优化等方面。
展望风力发电机组系统建模与仿真研究的发展趋势和未来研究方向，为风力发电技术的持续发展和创新提供参考和借鉴。
1. 风力发电的背景和意义随着全球能源需求的不断增长，传统能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗日益加剧，同时带来的环境污染和气候变化问题也日益严重。
寻找清洁、可再生的能源已成为全球关注的焦点。
风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，正受到越来越多的关注和利用。
风力发电技术作为风能利用的主要方式之一，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
1.5MW风力发电机行星齿轮机构动力学仿真
等 ， 想 要分 析关 键部 件 的应力 情 况 ， 必 须要 在柔 性 体分 析 的 情 况 下 实 现
关键 部件 柔性 体分 析步 骤 ： １ ） 通 过 ＡＮＳ ＹＳ创 建 关
参 考 文 献
［ １ ］ 庄铁柱， 胡荣君， 王洪海． 行 星 轮 系动 态 啮合 应 力研 究 ［ Ｊ ］ ． 航
空工程进展 ， ２ ０１ ０（ ２ ： １ ９ ５ — ２ ０ ０．
ＡＤＡＭＳ 软 件 是 著 名 的 机 械 系 统 动 力 学 仿 真 分 析
软件， 分 析 对 象 主 要 是 多 刚 体 。 但 与 ＡＮＳ ＹＳ软 件 结 合 使 用可 以考虑零 部件 的弹力 学特性 。反之 ， ＡＤＡＭＳ 的 分 析 结 果 可 为 ＡＮＳ ＹＳ分 析 提 供 人 工 难 以 确 定 的 边 界 条件 。 在 实 际 工 程 应 用 中 ，样 机 都 是 作 为 刚 体 系 统 来 处 理的， 即刚体构 件在 受力 情况 下不 会发 生 弹性变 形 。 带
触 力 的 变 化 如 图 ４所 示 。
进 行 仿 真 分 析 并 输 出载 荷 文 件 ， 即 ｌ ｏ ｄ文 件 ； ４） 将 ｌ ｏ ｄ
文 件 导 入 ＡＮＳ ＹＳ
＾Ｍ
所 创 建 的模 型 ． 结
果 如 图 ５所 示 。
从 图 ５ 可 以
看 出 ， 最 大 应 力 为 ４ １ ６ ＭＰ ａ ， 小 于其材
来 的影 响 是 ， 在 分析 环境 下无 法考 虑 系统 的变形 、 应 力
［ ２ ］ 李 晋 山． 提高渐开线齿轮轮齿齿根弯曲强度的措施 ［ Ｊ ］ ． 机
床 与液 压 。 ２ ０ ０ ４ （ ４ ） ： １ ７ ２ — １ ７ ３ ．
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的应用。
风力发电机组系统作为风力发电的核心设备，其性能优化与稳定运行对于提高风力发电效率、降低运营成本以及推动风力发电行业的可持续发展具有重要意义。
因此，对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入理解其运行机制和性能特性，还可以为风力发电机组的优化设计、故障诊断以及控制策略制定提供理论支持和决策依据。
本文旨在探讨风力发电机组系统的建模与仿真方法，分析现有建模技术的优缺点，并提出一种更加精确、高效的风力发电机组系统仿真模型。
文章首先介绍了风力发电机组系统的基本组成和工作原理，然后详细阐述了风力发电机组系统建模的基本框架和关键技术，包括风力机模型、传动链模型、发电机模型以及控制系统模型等。
在此基础上，文章重点分析了风力发电机组系统仿真研究的应用场景和实用价值，如性能评估、故障诊断、控制策略优化等。
通过本文的研究，期望能够为风力发电机组系统的建模与仿真提供一套完整的理论体系和实践方法，为风力发电行业的技术进步和可持续发展贡献力量。
也希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、风力发电机组系统基础知识风力发电机组是一种利用风能转换为电能的装置，它主要由风力机（风轮）、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机组的发电原理是利用风力机将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组的核心部分是风力机和发电机，风力机负责捕获风能并转化为旋转动能，发电机则将这种旋转动能转化为电能。
风力发电机组的关键参数包括风轮直径、风轮转速、额定功率、切入风速、切出风速等。
其中，额定功率是指风力发电机组在标准风况下（一般为风速为12m/s）能够输出的最大功率。
切入风速和切出风速则分别定义了风力发电机组开始工作和停止工作的风速范围。
风电机组全程运行仿真研究
一、海上风电机组基本概念与运 行原理
海上风电机组是将风能转化为电能的大型设备，主要由风轮、发电机、塔筒等 组成。其运行原理是利用风轮吸收风能，驱动发电机产生电能，最终输送到电 网供人们使用。与陆上风电机组相比，海上风电机组具有更高的发电效率和更 大的发电量。
二、海上风电机组运行维护现状
1、故障与维护难题
1、系统动力学方法：该方法通过建立风电机组的系统动力学方程，利用仿真 软件如MATLAB/Simulink等实现数值模拟。这种方法可以方便地模拟系统的动 态行为，对于研究风电机组的启动、稳定运行和停机等过程具有较好的适用性。
2、有限元方法：该方法将风电机组划分为多个离散的单元，对每个单元建立 数学模型并利用数值计算方法求解。常用的有限元软件包括ANSYS、 SolidWorks等。该方法可以更精确地描述风电机组的动态行为，但对于大型 复杂系统的仿真可能存在计算效率问题。
随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，以及风电技术的日益成熟，风电 机组全程运行仿真研究的前景广阔。未来可以通过建立更加精确的风电机组仿 真模型、引入先进的数据分析和处理技术以及开发更加智能化的仿真软件等方 面进行深入研究，为推动风电产业的可持续发展做出更大的贡献。
参考内容
随着海洋能源的日益开发与利用，海上风力发电技术逐渐成为全球能源领域的 研究热点。本次演示将围绕海上风电机组运行维护现状展开探讨，分析存在的 问题与挑战，并展望未来发展趋势和可能的技术革新。
4、生态环境影响评估与优化
在发展海上风能产业的同时，应重视对海洋生态环境的影响。未来，海上风电 机组的设计与运行将更加注重与生态环境和谐共生。通过加强生态环境影响评 估，优化设备布局，降低对海洋生物的影响，实现风电开发与环境保护的协调 发展。
电力系统中的风能发电装置建模与仿真研究
电力系统中的风能发电装置建模与仿真研究随着全球对清洁能源的需求不断增长，风能作为一种可再生能源备受瞩目。
风能发电装置的建模和仿真研究对于设计高效可靠的风能发电系统具有重要意义。
本文将对电力系统中的风能发电装置进行建模与仿真研究，以探讨其工作原理、性能优化和系统集成等方面的问题。
一、风能发电装置的工作原理风能发电装置是将风能转换为电能的装置，其工作原理主要包括风能捕捉、转换和电能输出三个环节。
1.1 风能捕捉风能发电装置通常包括风轮、主轴和发电机等组成部分。
风轮作为捕捉风能的关键元件，通过叶片的转动将风能转换为机械能。
风轮的设计参数如叶片的形状、数量、长度等，会直接影响到风能的捕捉效率。
1.2 转换机构转换机构主要包括主轴和传动装置。
主轴将风轮的转动转化为高速旋转的轴转动，传动装置将高速轴转动转换为适合发电机工作的低速轴转动。
转换机构的设计参数如轴的直径、结构以及传动装置的传递效率等，会影响到整个装置的转换效率。
1.3 电能输出电能输出环节最主要的是发电机的工作。
发电机通过将机械能转化为电能，并在输出电路中产生恒定的电压和电流。
发电机的设计参数如线圈的匝数、气隙的大小等，会影响到发电机的转换效率和输出电能的质量。
二、风能发电装置的性能优化在建模和仿真研究的过程中，风能发电装置的性能优化是一个重要的研究方向。
主要包括改善风能捕捉效率、提高转换效率和优化电能输出质量等方面。
2.1 改善风能捕捉效率风能捕捉效率是风能发电装置性能的关键指标之一。
提高风能捕捉效率可以通过多种途径实现，例如优化叶片的形状和数量、改进风轮的结构等。
利用CFD（Computational Fluid Dynamics）等数值仿真工具，可以对不同叶片和风轮结构进行模拟和分析，以确定最佳设计方案。
2.2 提高转换效率转换效率是指将风能转换为电能的效率，主要与转换机构的设计密切相关。
可以通过优化主轴和传动装置的设计，减小传递过程中的能量损耗，提高转换效率。
风力发电系统的建模与仿真方法探索
风力发电系统的建模与仿真方法探索随着对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种可持续发展的能源形式变得越来越重要。
风力发电是一种利用风来产生电能的过程，通过将风能转化为机械能，再经过发电机转化为电能。
为了提高风力发电系统的效率和稳定性，在实际建设之前进行系统的建模和仿真非常重要。
在风力发电系统的建模与仿真中，首先需要对系统的各个组成部分进行建模。
风力发电系统主要由风机、齿轮箱、发电机和电网组成。
通过建立各个组件的数学模型，可以通过仿真分析系统的性能和效果。
例如，可以建立风机的动力学模型，考虑风速、扭矩和转速之间的关系。
然后，将风机和齿轮箱的模型进行耦合，考虑加载和传输效率。
最后，将发电机模型与电网模型耦合，分析系统的电能输出和功率稳定性。
风力发电系统的建模与仿真过程中，还需要考虑风场和环境条件的影响。
风场的不稳定性和突发性可以对系统的稳定性和发电效率产生影响。
因此，需要根据实际风场数据进行建模，并将其与系统模型进行耦合。
同时，还需要考虑环境条件对系统组件的影响，如温度、湿度和海拔等。
在建立好系统的数学模型之后，可以利用计算机仿真软件对系统进行仿真分析。
常用的仿真软件包括MATLAB Simulink、PSCAD和DigSilent等。
这些软件提供了丰富的模块和工具，可以方便地建立风力发电系统的仿真模型，并进行各种参数的调节和分析。
通过仿真分析，可以评估系统在不同工况下的性能和效果。
例如，在不同风速和负荷条件下，可以分析系统的电能输出和效率。
同时，还可以研究系统的稳定性和可靠性，分析系统在突发风速变化和电网故障等情况下的响应能力。
通过仿真还可以优化系统的控制策略和参数设置，提高系统的性能和可持续发展能力。
除了建模和仿真，还可以通过实验来验证仿真结果。
建立实验平台，通过对风机、发电机和电网等组件的实际测试，可以对仿真结果进行验证和修正。
通过比较仿真结果和实验结果，可以进一步提高模型的准确性和可靠性。
风力发电机组机械传动系统设计及动力学仿真
风力发电机组机械传动系统设计及动力学仿真一、设计概述风力发电机组机械传动系统是将风力转化为机械能的关键组成部分，其设计对提高发电效率、增加可靠性和降低维护成本至关重要。
本文将着重介绍风力发电机组机械传动系统的设计原理、关键参数选择以及动力学仿真分析。
二、机械传动系统设计原理1. 传动系统类型选择：常用的传动系统类型包括直接驱动和变速箱驱动两种。
直接驱动适用于小型风力发电机组，其特点是简单、可靠，但在低风速下效率较低；变速箱驱动适用于大型风力发电机组，通过变速箱将风轮的转速匹配到发电机的额定转速，实现高效发电。
2. 风轮和发电机匹配：选取合适的风轮和发电机是机械传动系统设计的关键。
风轮需要根据地理条件和预计风速来确定，同时考虑到复杂的气象条件和气候变化对风轮的影响。
发电机的额定功率和转速需与风轮匹配，同时还需考虑闭塞风速和过载保护等因素。
3. 传动比选择：传动比决定了风轮转速与发电机转速之间的关系。
传动比的选择需综合考虑风轮特性曲线和发电机转速范围，以使风轮在不同风速下始终运行在最高效率点附近。
同时还需考虑最大功率点跟踪和系统的安全性。
三、关键参数选择1. 风轮直径和叶片数：风轮的直径和叶片数直接影响到风轮的承载能力和风能捕捉效率。
通常情况下，风轮直径越大，叶片数越多，能够捕捉到的风能就越多。
因此，在设计中需根据实际情况选择合适的风轮直径和叶片数。
2. 传动系统转速范围：传动系统转速范围的选择需考虑到风速变化的范围，使传动系统在各种风速下都能提供稳定的输出功率。
同时还需考虑到发电机的额定转速和稳定工作的要求。
3. 超额转速保护：在设计中需考虑到防止传动系统超过额定转速而造成的损坏。
通常采用机械刹车、电磁刹车或液力制动器等方式来实现超额转速保护。
四、动力学仿真分析1. 动力学仿真软件选择：可以利用MATLAB/Simulink、Adams等软件进行风力发电机组机械传动系统的动力学仿真分析。
通过对传动系统的建模和仿真，可以准确预测系统的运行状况、输出功率以及各个关键部件的受力情况。
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影响叶片模态的因素有叶根的约束形式，单位 长度质量，挥舞方向和摆振方向的刚度。柔性较大 的叶片在空间做大范围的运动，运动产生的变形使 刚度发生变化，轮毂对叶片模态也存在影响。同时
ＦＡＳＴ（Ｆａｔｉｇｕｅ，Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，
Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）程序现由ＮＲＥＬ开发和维护，是一个 复杂的气弹仿真器，具备计算水平轴两叶片、三叶片 风力发电机的极限载荷和疲劳载荷［７］。ＦＡＳＴ程序 由两、三叶片水平轴风力发电机和气动子程序 ＡｅｒｏＤｙｎ组成。同时开发了与ＧＨ Ｂｌａｄｅｄ的数据 接口［８］。２００５年，ＦＡＳＴ与ＡｅｒｏＤｙｎ通过Ｇｅｒｍａ－ ｎｉｓｃｈｅｒ Ｌｌｏｙｄ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｉｅ的评估，认为适合“为 设计和认证陆上风力发电机计算载荷”［９１。 １．２．１ ＦＡＳＴ程序输入、输出文件说明
湍流风模型，ＩＥＣ规定的Ａ级湍流强度，轮毂高度 平均风速为１２ ｍ／ｓ，分析时间为９．９～１９．９ ｓ，生成 模型见图４和图５。
襄１ 叶片挥舞方向和摆振方向前五阶固有频率
Ｔａｂｌｅ １ Ｆｉｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｆｌａｐｗｉｓｅ ａｎｄ ｅｄｇｅｗｉｓｅ ｏｆ ｂｌａｄｅ Ｈｚ
ｏ．ｊＥ王三巨王丑
因此，建立风力发电机模型时需要考虑如何简 化及求解。仿真技术广泛吸收了数值计算、力学等
学科的理论基础，借助于计算机技术而发展起来的 学科。利用这项技术，可对许多工程中的实际问题 进行数值建模仿真。Ｗｅｎｄｅｈ推导了适用于风轮桨 叶的气动载荷，用非耦合的非旋转模态研究了其气 动弹性稳定性问题［１］。Ｃｈｏｐｒａ［２］用非线性半刚性模 型研究了桨叶气动弹性响应和稳定性问题。李立本 等［３］建立风力发电机转子叶片的非线性运动方程， 采用模态法求解挥舞、摆振、扭转微分方程并应用了 数值结果对风力发电机的气动弹性稳定性进行了分 析。李德源和叶枝全等¨’５１对旋转叶片进行有限元 离散，采用凯恩（Ｋａｎｅ）方法，建立了一般形式的大 型风力机叶片柔性多体动力学方程，导出了旋转叶 片的空间梁单元动力矩阵的显式形式。计算了叶片 的固有频率。
万方数据
１８０
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；～ 新疆农业大学学报 ．一叶片 ——叶片： ——叶片：
２０１０年
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圈６叶尖出平面的位移响应 Ｆｉｇ．６ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｅ ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ｂｌａｄｅ ｔｉｐ
ＦＡＳＴ程序的输入、输出文件总体结构示意见 图１。ＦＡＳＴ用主程序描述风力发电机运行参数和 基本几何尺寸参数。这些参数包括仿真控制、风力 发电机控制、重力环境条件、自由度选择、风力发电 机初始条件、风力发电机配置、各部件的质量和转动 惯量、传动系、发电机模型、基础模型、塔架模型、机 头偏航动力学参数、叶片模型、气动模型、ＡＤＡＭＳ 数据接口、线性化控制和输出参数说明。
万方数据
第２期
付长江，等：风力发电机动力学仿真研究
１７９
叶轮转速和桨距角也影响叶片模态。在发生振动 时，叶片的低阶模态响应的贡献率要高于高阶模态 响应。Ｍｏｄｅｓ程序计算叶片模态时将叶片分成柔 性段和刚性段，不仅考虑以上的一些因子，同时也把 叶尖质量也作为一个考虑因子。通过程序Ｍｏｄｅｓ 计算叶片挥舞方向和摆振方向的前五阶固有频率见 表１。其振型见图２和图３。 １．４风模型
应影响了其余叶片的叶尖位移响应。 由图９知，通过ＦＡＳＴ程序，叶片１的叶尖在
挥舞方向上的加速度响应较大，在摆振方向上却影 响了其余叶片叶尖的加速度响应，三支叶片叶尖摆 振方向的加速度响应总体增加，叶片２和叶片３的 增加量大于叶片１，可得叶片２和叶片３受叶片１ 的快速变桨在摆振方向上的影响较大。
叶片１挥舞方向的弯矩（Ｒｏｏｔ Ｍｙｂｌ）和摆振方 向的弯矩（Ｒｏｏｔ Ｍｘｂｌ）见图１０，可知摆振方向的弯 矩值变化不大，而挥舞方向的弯矩值急剧变化，这是 因为叶片变桨后，气动推力减小（图１１）。同时叶片 １叶根的变桨力矩也明显减小（图１２）。
本研究采用ＦＡＳＴ程序进行风力发电机的动 力学仿真分析，通过子程序ＴｕｒｂＳｉｍ生成风文件， 调用子程序ＡｅｒｏＤｙｎ计算气动载荷并加载到风力 发电机的仿真模型上，实现风力发电机的动力学响 应计算。
序中包含叶片参数，风模型及采用的计算模型。 ＴｕｒｂＳｉｍ程序是用来生成全域湍流风模型。Ｍｏｄｅｓ 程序是用来计算柔性体的固有频率和振型，为 ＦＡＳＴ输入参数作准备。
ＡｅｒｏＤｙｎ程序是计算气动载荷的子程序。程
图１ ＦＡＳＴ程序输入、输出文件 Ｆｉｇ．１ ＦＡＳＴ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｆｉｌｅｓ
１．２．２ 风力发电机的ＡＤＡＭＳ模型 ＦＡＳＴ可以生成ＡＤＡＭＳ模型数据，导人数据
即可生成风力发电机的模型。ＦＡＳＴ的功能类似于 ＡＤＡＭＳ的前处理器，此前处理器可以通过简单的 指定ＦＡＳＴ输入文件来建立模型，方便和简化了使 用ＡＤＡＭＳ建立风力发电机模型。但ＦＡＳＴ只能 建立中等复杂的风力发电机模型，一旦ＦＡＳＴ的风 力发电机模型建成，只需再添加一些工作，就可建立 复杂的ＡＤＡＭＳ风力发电机模型。从ＦＡＳＴ传递 到ＡＤＡＭＳ的风力发电机模型包含了所有ＦＡＳＴ 中的参数ｉ也夹带了ＦＡＳＴ中的一些缺陷，如叶片 和塔架的模态截断近似。而许多ＦＡＳＴ模型中无 法计算的量，在ＡＤＡＭＳ模型中仿真却是常规的， 如叶片和塔架的扭转和拉伸自由度、预弯叶片、叶片 的质量和弹性中心的偏置、塔架质量中心的偏置、变 桨电机的动力学响应分析及ＡＤＡＭＳ拥有强大的 图形处理能力。 １．３叶片模型
１ 模型构建
１．１风力发电机模型 风力发电机模型包括风模型、空气动力模型、结
构动力学模型和控制模型。空气动力模型计算叶轮 气动性能和气动载荷，结构动力学模型包括叶轮、塔 架和传动系统的结构动力学：控制模型包括变桨控 制、偏航控制、发电机变速控制。空气动力模型根据 风模型输入计算出叶片载荷作用到结构动力学模型 上，同时结构动力学模型又将结构的变形反馈到空 气动力模型上；控制模型获取当前各控制参数信息， 根据来流情况及其他需要，对机组进行控制，使风力 发电机最大限度捕获风能［６］。本研究采用ＮＲＥＬ 的ＷｉｎｄＰＡＣＴｌ．５ ＭＷ三叶片变速风力发电机模 型，叶轮直径７０ ｍ，叶片是ＮＲＥＬ采用Ｓ系列翼型 设计，长度为３３．２５ ｍ。塔筒高度８２．３９ ｍ，机舱质 量５ １１７０ ｋｇ，叶轮质量１５ １４８ ｋｇ。 １．２采用ＦＡＳＴ建立风力发电机模型
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叶片径向位置（ｍ）
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图３摆振方向五阶振型 ＦＡ２ｅｗｉｓｅ ｆｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ
风力发电机组系统是一个非常复杂的强非线性 流一刚一柔耦合的周期时变多体系统。建立精确的动 态模型是困难的。由于风载荷具有交变性和随机 性，叶片作为弹性结构发生振动是必然的。在正常 工作时，叶片在绕转轴作大范围的空间旋转运动时， 会产生出旋转平面的挥舞振动、旋转平面内的摆振 振动及绕叶片轴线的扭转振动。叶片振动引起的非 周期动载荷通过轮毂直接作用于机组系统。而机组 系统本身就是一个复杂的耦合非线性振动系统，影 响系统振动因素较多，包括传动轴的柔性以及电机 特性等。同时轴系在运转过程中将轴系动载荷通过 轮毂反作用于叶片，影响叶片的运动形态，进而又影 响叶片的受载。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＦＡＳＴ ｃｏｄｅ ｗａｓ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔＯ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒ— ｂｉｎｅ；ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｔｈｅ ｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅ ＴｕｒｂＳｉｍ．Ａｆｔｅｒ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｌｏａｄｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ＡｅｒｏＤｙｎ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｔｈｅ ＡＤＡＭＳ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｂｙ ＦＡＳＴ ｃｏｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂｙ ＦＡＳＴ ｃｏｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＦＡＳＴ；ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ
。．拦王三Ｅ三丑 ＴｕｒｂＳｉｍ程序生成全域湍流风模型，用ＩＥＣＫＡＩ
萋言． 一｛１ Ｅ王三Ｅ王１－丑１１
姿＃＝王三二＝Ｆ＝；习 一ｌＬ———＿－＿ｊ———＿—＿一Ｌ————－—上——————Ｌ＿————Ｊ
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叶片径向位置（ｍ）
Ｆｉｇ．２
圈２挥舞方向五阶振型 Ｆｌａｐｗｉｓｅ ｆｉｖｅ ｍｏｄｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ
关键词：ＦＡＳＴ；风力发电视ｉ动力学响应
中图分类号：ＴＫ８３
文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ
Ｆｕ Ｃｈａｎｇ－ｊｉａｎｇ．ＣＵＩ Ｘｉｎ－ｗｅｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕ－ ｍｑｉ ８３００５２，Ｃｈｉｎａ）