大型风电机组测试平台加载装置的优化设计

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1、第33卷第10期可再生能源Vol.33No.102015年10月RenewableEnergyResourcesOct.2015大型风电机组测试平台加载装置的优化设计112童星，郑建荣，张永明（1.华东理工大学，上海200237；2.上海质量监督检验技术研究院，上海201114）摘要：针对大型风力发电机组全功率地面测试平台，提出一种6自由度并联机构加载装置。建立了加载机构参数化力学模型、加载轮毂处载荷与油缸作用力之间的力学传递方程和性能评价指标，给出加载机构优化设计数学模型和方法。以2MW风力发电机组为实例进

2、行了加载装置结构优化设计，优化结果表明，该方法可有效降低所需加载驱动力。关键词：风力发电机组；加载装置；并联机构；参数化模型；优化设计中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）10-1508-04DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.10.012[7]0引言平台6-UPS并联加载装置展开研究。风电作为新型可再生清洁能源得到广泛应用16-UPS加载装置与建模分析和快速发展。根据中国风能协会统计，截止20131.1测试平台加载装置年，我国累计装机容

3、量已达91312.9MW；2013年风力发电机在风载荷的作用下，主轴轮毂承[1]新增装机容量16088.7MW。国际能源署（IEA）受6个自由度的力与力矩，如图1所示，包括轴向长期研究与发展规划中提出，建立大型风力发电推力Fx、水平推力Fy、垂直推力Fz，以及转矩Mx、机组件地面测试设备和进行全功率系统测试等研弯矩My和Mz。主轴轮毂处的风载荷作用力和力[2]究规划。2012年，IEA在亚琛工业大学召开了主矩具有载荷大、动态变化等特性。题为“风力发电机组及其部件的测试进展”的会MzFMxz议，会中展示了7.5

4、MW与15MW风电机组测试MyFyZXF平台等最新科研成果。国外研究进展表明，具有多Yx自由度加载功能的全功率地面测试系统是大型风电机组测试试验的发展方向。国内对风电机组的测试通常采用对拖试验系统，可以完成对发电机的机械特性测试、效率特性图1风电机组主轴受力分析测试和力矩控制精度测试等试验，但对拖试验无Fig.1Windgeneratorshaftstressanalysis法施加复杂的风载荷，无法进行风电机组真实载地面测试平台由风力发电机组、拖动电机、柔荷工况下的试验和检测。对此国内有关单位进行性联轴器、并

5、联机构加载装置、机架等部件组成，[3]~[6]了多自由度加载地面测试系统研制。风电机组其概念模型如图2所示。通过计算机控制拖动电工作时承受的风载荷是非常复杂的多自由度动态机，驱动风力发电机组发电；通过并联机构加载装载荷，高质量地模拟加载多自由度动态风载荷，是置，模拟叶轮风载荷作用在主轴轮毂处的3个方大型风电机组多自由度地面测试系统的技术关向推力Fx，Fy，Fz以及弯矩My和Mz。由于大型风电键。基于6自由度的并联机构具有承载能力强、刚机组轮毂处受力非常大，合理设计加载装置结构度大、精度高、响应迅速等特性，本文

6、对地面测试尺寸成为关键。收稿日期：2015-06-04。基金项目：国家国际科技合作专项项目（2014DFG62710）；上海市科委项目（13dz1202205）。作者简介：童星（1990-），男，硕士研究生，研究方向为风力发电机检测技术。E-mail：tongxing612@163.com·1508·童星，等大型风电机组测试平台加载装置的优化设计Z并联机构拖动电机加载装置联轴器与风P机法兰链接X风机机组YAiaipisilizxOBi图2测试平台概念设计模型biyFig.2Testplatformc

7、onceptualdesignmodel图4单支链结构图1.2参数化并联加载机构力学模型Fig.4Singlechainstructure加载机构采用6-UPS并联机构，它由6个半根据矢量运算得到连杆矢量在基座坐标系中对称可伸缩液压缸、固定基座和动平台组成，液压的表达式如下：缸通过球铰和虎克铰分别与动平台和基座连接，si=R·ai+p（i=1，2，…，6）（4）（图3）[8]。在固定基座中心点O建立坐标系Oxyz，li=si-bi=R·ai+p-bi（i=1，2，…，6）（5）记为W；动平台

8、中心点P建立坐标系PXYZ，记为T式中：R为动平台方向余弦矩阵；p=[0，0，h]为连W'。经分析，6-UPS并联机构可用包括5个变量接两坐标系原点的矢量；si为基座坐标原点到动的结构参数描述。T平台铰接点的矢量；li为基座铰接点到动平台铰x=[Ra，Rb，α，β，h]（1）接点的连杆矢量。式中：变量Ra为动平台的半径；Rb为固定基座平台的半径；α为动平台通过在轴两侧的铰接点与定义连杆