基于SIMPACK某2MW风机仿真模型试验验证

需要模型SIM SIM 是关一的采
传统在风机开发要对大量的名型来做载荷分MPACK 中的模MPACK 中的脚关于某新型2M 一：原型在该项目中采用了创新的
统风机在传动某2发中使用多体名义和失效工分析，但是SIM 模型主要使用脚本运行环境MW 风机SI 型机和中，用于模型的传动链设计
动轴上严重的MW 风机体软件进行载荷工况进行分析MPACK 软件用了SIMPAC 境也使用户能IMPACK 模型和测试
型验证的2MW 计概念(Larus 紧弯矩，
这是依机仿真模荷分析是非常。

在过去，一件不仅可以做CK 中的叶片能够高效的处型试验验证。

W 风机的原型紧凑型)的机
依靠在主风轮模型试验常有必要的。

一般都采用类做载荷分析，而片模型以及与处理大量的仿
型机使用的是机型（如图1所
轮上使用了承验证。

而且，在风机类似Flex5所而且其模型更与空气动力学仿真工况。

本是由德国W2所示）。

在该
承受弯矩的轴机的型号认证所创建的简单更加真实和详学接口等。

同本文主要描述2e 风能公司该机型中，避轴承、
柔性联证中，单风机详细。

时，述的就
开发避免了
联轴器
和齿叶根速度得到速和二图进塔筒通过型使来施间具
Bush 齿轮箱弹性支根、塔筒顶部度。

为了观察真到了正常发电和湍流强度被二：多体图2所示就进行创建的。

筒和叶片使用过SIMPACK 使用Craig-Ba 施加变桨控制传动系中的具有一个转动h
单元进行模支撑位置位于部和根部都安真实的风向和电情况下的测被储存在采集图1体模型就是在SIMPA SIMPACK 用柔性体建模的叶片生成器ampton 方法进制。

变桨运动的主要部件有动自由度，用
模拟。

低速轴于其质心位置这装了应变片。

和风速，在主试数据。

这集矩阵里。

1 包含Larus 型
ACK 中搭建的模型包含了该模。

塔筒是在器模块进行建进行缩减。

叶动是通过用户子有轮毂、主轴、用来表示承受
轴和高速轴之这些措施来实。

并且，还测主风向上安装些数据被划分s 紧凑型传动的该风机的动该风机的主要ANSYS 中使建模，并且带叶片与主风轮子程序与下边、内齿圈、齿受弯矩的轴承
之间的齿轮箱实现的。

为了测量了叶片变装了测试桅杆分成10分钟动链的
2MW 风动力学模型，要部件诸如塔使用APDL 语带有必要的施轮上的轮毂之边所要说的控齿轮箱、刹车承；同时在主箱是由两级行了得到载荷，原变桨角、低速
杆。

经过超过钟的时间序列
风机
该模型按照
塔筒、机舱、语言进行脚本施加风载的坐之间具有一个控制器之间进车盘和发电机主轴和内齿圈
行星和一级平原型机在低速速轴和高速轴18个月的测列，并按照平照图3所示的、叶片、传动本化建模的。

坐标系。

有限个转动自由度进行交互。

机。

主轴与机圈之间的联接平行级的齿轮速轴、转动试，平均风
拓扑动系。

叶片限元模度，用机舱之接使用轮箱构
成的的。

子和
个
S 的。

模型中包该齿轮箱使和被弹性支承SIMPACK
的含了中间轴的使用Bush 力元承所支承定子
模型大约有的扭转刚度，元进行支撑。

子组成的。

同时100个自由度图
2 2MW ，同时齿轮的传动链中的时考虑了主轴度。

W 风机
SIMP 的啮合刚度是的其它部件就轴承、发电机PACK
模型
是由用户自定就是刹车盘和
机和齿轮箱中定义的力元来和发电机，是
中的摩擦损失来实现是由转失。

整
三是N 义一翼型在A 测到矩。

接口
变桨
序用三：程序为施加气动NREL 开发并一些特定的标型参数。

气动AeroDyn 中使为了与测试到的发电机扭控制器是离口来实现。

该桨运动；使用
用来做全局定序接口动载荷，使用并采用了叶素标记点（Mark 动力对塔筒的使用了同样来试数据做对比扭矩、低速轴离散控制系统该接口使用用用力元来表示
定义和通信。

图3 SIM 口
了SIMPACK 素动量理论的ker ）。

对于叶的影响使用气来自NREL 的比，在动力学模转动角速度和，周期为0.0户子程序来示发电机扭矩
MPACK 模型K 与AeroD 的程序。

为使叶片，每一个动塔筒数据文TurbSim 来模型中使用了和变桨角（如01秒，在SIM 实现控制器初
矩；使用输入型拓扑图
yn 的接口力使用AeroDyn 个叶片上均添文件进行考虑来生成风场文了真实原型机如图3）来输MPACK 模型初始化（时间/
输出来为控力元（241号力接口，在多添加了气动M 虑。

为考虑真件。

机的控制器。

输出需要的变型中使用与动间激励）；使
控制器通信。

力元）。

Aero 多体模型中必Marekr ，并定真实的风场情控制器根据变桨角和发电动态库（DLL 使用驱动铰来
其它的外部
oDyn 须定义了情况，所检机扭L ）的来实现
子程
四发电同时9%到选择变，件夹
对S 输入五率曲的是的弯
四：载荷不论是基于电工况外，还需时风机所在当为了验证2M 11%的湍流择。

为了在随SIMPACK 提可以通过输夹下的计算结SIMPACK 的入误差。

五：解释图4到图7曲线，从功率是不同风速下
弯矩。

各个图荷工况于设计要求还需要考虑其它当地的风况也MW 风机模流。

平均风速随机风况中再提供了开放的输入表格来非结果可以使用脚本进行了适释、对是一些典型曲线上我们大下的风轮转速
图中仿真数据况仿真
还是认证要求它的例如阵风也必须考虑。

型，我们使用速按照采集矩再现仿真的结的计算脚本，常容易的实现后处理来处适当的修改。

对比和验型的结果。

为清大致能看到在速和变桨角。

作据是用黑色的图4
仿真与
，对特定的载风载荷工况、正用了发电工况矩阵中从4m/果，每个工况使处理多个现。

在仿真中理。

为了使用。

采用计算脚验证
清楚其间，在在不同风况下作为部件载荷点来代替，测
与测试对比（载荷工况进行正常或者紧急况。

为减少计/s 到16m/s 的况都计算了四个仿真计算非中也使用了多用自己开发的脚本的方式也在图4到图下运行的发电荷的例子，测试数据是用
（功率曲线）行仿真都是必急停机工况、计算时间，在的范围内以四次。

非常高效。

比多核并行计算的2MW 风机也有助于降低7中只显示了电效益。

图5图7显示的是用红色的点来
必须的。

除了、控制失效工在仿真时只使1m/s 的间隔比如风场参数算。

存储在特机的控制器接低计算时间和了幅值。

图4和图6分别是塔底在风向来代替。

名义工况。

使用了进行数的改特定文接口，减少是功显示方向
力是气动矩。

作用在叶片
是基于叶尖速动单元的半径
在所有的图
图7 片上的动态气速度和叶片攻径和叶片变桨图中，
可以区分图5 仿真与图6 仿真与仿真与测试气动力将会产攻角来计算的桨角决定的。

为
分出两个风速与测试对比（与测试对比试对比（沿风生驱动扭矩带。

而这两个数为优化发电功速范围。

在不（风轮转速）（变桨角）
风向的塔底弯带动风轮旋转数值又是由风功率，控制器
不完全载荷范
弯矩）
转（如图8所风速和风轮转器同时改变变范围
（风速最
所示），这些转速、相应的变桨角和发电高达到
11m/些气动叶片机扭/s ），
控制围（率2逐步降低全载全载前为试数
制器的变桨角（风速高于112050KW 。

再步增大变桨角低。

从图4和图
载荷阶段都吻载荷阶段上升为止，这种效
数据以下，这角始终保持为1m/s ），风轮增加风速的话角。

变桨角的增图5我们可以吻合的非常好升的比较陡。

这应我们在仿真这是因为该值
为零，这时风轮转速达到了其话，控制器会增大，会降低看到，仿真和好。

从图6上我这种差别很可真中还没有考值依赖于前边提图8
发电工况轮转速和发电其名义值15会保持风轮转低作用在叶片和测试的发电我们可以看到可能是由于原考虑。

图7所提到的变桨角
况下的变形和电功率一直处rpm 。

此时，转速、发电机片上风向方向电功率和风轮到，与测试数原型机控制系所示的塔底弯角。

和动态气动力处于上升状态风机的发电机扭矩和发电向的力，从而轮转速在不完数据相比，仿系统中的延迟弯矩在完全载力
态。

在完全载电功率达到额电功率不变，而引起塔底弯完全载荷阶段仿真的变桨角迟所造成的。

载荷阶段内位载荷范额定功同时矩的段和完在完到目位于测
六：总结
本项目创建了2MW风机的仿真模型，并将仿真数据与长时间的测试数据做了对比。

就如前边所说的一样，从对比结果来看，发电功率和风轮转速结果的仿真与测试的吻合度非常高。

完全载荷阶段内某些特定的结果如变桨角或者塔底弯矩有些小的偏差，这需要在未来细化模型来解决。

经过验证的SIMPACK风机模型将来就可以用来研究整机和传动系之间的动态性能了。