一种评价风电场设计水平的新方法

提出了一种独立于当地风资源、基于实际设计水平来评价风电场设计水平的新方法。根据影响发电量的主要设计因素,引入衡量风电机组的选型和布置的3个新指标:风电场发电效率、风电机组容量系数和风电机组布置系数,并推导出这3个系数的表达式。提出的3个新指标具有明确的物理意义,可以定量评价风电场风电机组选型和布置对风电场设计水平的影响。最后对两个实际风电场进行了计算和分析,所得结果的正确性得到风电场实际运行调研和后评价的验证。该方法不仅提出了较全面的对风电场设计水平的评价方法,而且可以进行量化评分,对风电场的设计具有重要的理论意义和经济价值。     

对转方向和相位差对并列式双垂直轴风电机组气动性能的影响

对转方向和相位差对并列式双垂直轴风电机组的气动性能至关重要,决定了风电机组叶片受力特性和功率输出特性。为研究对转方向和相位差对并列式双垂直轴风电机组气动性能的影响,文章采用致动线方法(ALM)对一组并列式双垂直轴风电机组进行了三维数值模拟。首先,通过风洞试验数据验证了ALM预测出的垂直轴风电机组功率输出的准确性。继而使用验证后的数值方法对该并列式双垂直轴风电机组的气动性能进行了分析。结果表明:对转方向和相位差对并列式双垂直轴风电机组的气动性能有显著影响,如不考虑相位差,并列式双垂直轴风电机组的同向旋转布置和反向逆流旋转布置会对系统的气动性能产生负面影响,而反向顺流旋转布置会产生正面影响;考虑相位差的影响时,反向逆流旋转布置仍然被证明具有负面影响,反向顺流旋转布置对气动性能的有益效果也将得到增强,但修改相位差可以减少甚至抵消由同向旋转布置引起的功率损耗。对于所采用的两叶片双垂直轴风电机组,80°的相位差和反向顺流旋转布置是最佳配置参数,与二倍单机功率相比,该布置可以使并列式双垂直轴风电机组增加约6%的功率输出。     

风电机组动态仿真平台设计方法研究

本文主要介绍风电机组动态仿真平台的设计方法,基于对风电机组系统的理解,对风电机组运动模型采用多学科耦合建模,建立机组控制和传动系分析方法。并结合控制软件,以整机参数化总体框架模型为基础,定义风电机组传动链动力学模型库,气动、水动、控制、电控多学科耦合接口以及进行模拟。可系统间耦合求解,进行仿真动态载荷和性能评估。该方法实用,可以方便地连接风电机组硬件子系统。它为风电机组性能评估和核心构件的创新设计选型/定型等验证提供了一种新的方法和理念。大大减少了设计和维护成本,降低了直接上机所带来的一些风险。     

大容量风电机组技术发展动态研究

海上风电的快速发展极大地促进了大容量风电机组的商业化。大容量风电机组的设计制造应用了许多新技术、新材料和新工艺,引领着未来风电机组技术的发展方向。本文通过对国内外十余种大容量风电机组技术特点的研究,归纳总结了风电机组技术发展的新趋势,以期为我国风电机组的研发设计工作提供参考。     

外部环境对风电机组性能影响分析

以1.5 MW风电机组叶片为模型,通过叶片数据采集和实验分析的方法,对外部环境对风电机组性能影响进行分析。通过Bladed软件对风电机组叶片进行仿真,研究结果表明:温度和高度的变化对空气密度和空气黏度的变化有一定影响,空气密度的变化引起升阻比变化,空气黏度的变化则主要引起雷诺数的变化,两者共同对风电机组的气动性产生影响。该研究有助于风电机组的设计研发,降低风电机组运行时的故障率。     

叶片覆冰对风电机组的影响

正我国幅员辽阔,南北跨度大,部分风电场处于湿度大、气温低的环境中,叶片结冰就成为必须要考虑的因素。叶片结冰引起风电机组叶片的气动性能改变,导致风电机组发电量降低,同时结冰质量分布不均匀会引起不平衡载荷,给风电机组的设计提出新的要求,此外,叶片抛冰还会对人员安全造成较大的隐患。国内对风电机组叶片覆冰的研究不多,李声茂等基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,引入离散相DPM模型,通过数值模拟计算了不同攻角下的翼型表面结冰分布情况。张聘亭等使用CFD软件,     

考虑时变气动阻尼的风电机组塔筒地震响应分析

为了分析时变气动阻尼对风电机组塔筒地震响应的影响,首先分析了塔筒所承受的地震载荷和气动载荷,然后基于气动载荷和相对风速之间的导数关系推导了塔筒前后和左右方向上的时变气动阻尼计算方法,将地震加速度和时变气动阻尼引入到塔筒动力学运动方程中并进行时域求解,以某2.0MW风电机组塔筒为例进行地震响应计算,分析了影响气动阻尼大小的翼型气动特性,并着重研究了地震作用下时变气动阻尼对塔顶振动位移的影响程度,为风电机组塔筒抗震设计提供一定参考。     

基于模态阻尼比的风电叶片气弹特性研究

以考虑叶片挥舞和摆振两个方向自由度的气弹分析模型为基础,通过Matlab软件编写仿真分析程序,对某5 MW叶片的叶素气弹阻尼、叶片模态和整体叶片模态气动阻尼比等进行仿真分析。结果表明,该叶片模型在正常设计运行范围内,各阶模态气动阻尼比均为正值,气弹特性稳定;并提出将整体叶片模态气动阻尼比随桨矩角变化曲线同风电机组正常运行风速随桨矩角变化曲线相结合,进行风电机组叶片气弹稳定性的判定方法。     

关于风电场设计相关问题的探讨

风电场的宏观选址、风电机组的微观选址、升压站和主控楼的选址以及风电机组的选型在风电工程设计过程中都有着举足轻重的作用。风电项目设计者必须重视这些方面的问题,使项目经济效益达到最大化。     

基于单神经元权系数的风电机组独立变桨控制

针对风电机组大型化造成风轮受风剪切效应不良影响的问题,提出了采用模糊PID功率控制器与单神经元动态权系数分配的独立变桨距控制方案。使用Matlab软件对该方案应用于1 MW双馈型风电机组独立变桨距的运行工况进行仿真研究。仿真结果显示,独立变桨距控制方案在保证机组输出功率稳定的前提下,显著改善了风机叶片与风轮承受的轴向不平衡气动力的幅值与波动,进而降低了机组运行过程中受到的气动疲劳载荷,有助于延长机组寿命。     

新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统的动力响应研究

从浮式海上风电机组的全寿命设计角度出发,以此类风电机组便于安装、替换、维修和拆除为目标,提出了一种新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统。基于BEM方法研究了采用该结构系统的海上风电机组的叶片的气动性能,并综合考虑了风电机组浮体模块和张力腿平台模块的多体机械耦合和水动力耦合效应。选取海上风电机组4种典型工作海况,将新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统与常规张力腿平台单体浮式海上风电机组结构系统的主要动力响应特征进行了对比分析,揭示了该新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统可以有效降低浮式海上风电机组平台的纵荡位移响应,对改善浮式海上风电机组的运行性能具有积极意义。此外,还对该双模块结构系统拆除风电机组的可行性进行了初步验证。     

风电机组疲劳载荷影响因素分析(一)

风电机组设计主要由疲劳载荷和极限载荷决定,而风电机组运行环境的不确定性和不稳定性使得疲劳载荷对一些部件的设计尤为重要。影响疲劳载荷的因素很多,本文主要从不同设计使用寿命和不同设计等级两个方面进行比较,分析了两者各自对疲劳载荷影响的程度。     

叶片覆冰对抗冰冻机组疲劳载荷的影响研究

风电机组叶片覆冰后叶片质量增加、翼型气动性能变化,引起风轮质量不平衡与气动不平衡。机组的载荷特性发生变化,将对关键部件的疲劳载荷产生影响,进而影响机组的安全性与可靠性。文章依据IEC标准对覆冰工况的要求,在考虑叶片覆冰后叶片质量与气动性能变化的基础上,提出两种不同的寿命周期,来研究叶片覆冰状态及覆冰时间对风电机组关键部件等效疲劳载荷的影响,结果表明叶片不均匀覆冰、覆冰时间及低温环境空气密度对机组关键部件疲劳载荷有较大影响。     

叶片非均匀磨蚀特征对风力机气动性能的影响

结合中国西北地区风沙活动频繁的特点,以1.5 MW叶片的缩比模型作为试验用风力机叶片,设计风沙流冲蚀磨损装置,对叶片压力面沿弦向和展向分区域冲蚀。将加装冲蚀后叶片的风电机组进行车载试验,研究叶片分区域非均匀磨蚀特征对气动性能的影响。结果表明：前缘磨蚀叶片在小安装角下总体导致风电机组输出功率减小,气动性能下降,风能利用系数在31.7°安装角下降更明显;展向半冲蚀叶片小安装角时使风力机输出功率和风能利用系数均下降,而安装角增大后出现气动性能提高的积极效应;展向全冲蚀叶片小安装角时体现出积极效应,安装角增大后引起气动性能劣化。     

参与电网调频的风电机组线性变参数变桨控制策略

风电机组参与调频时其输出功率的调整将改变风电机组变桨动作的风速范围,同时由于桨距角调节气动功率的灵敏度随风况变化,使得传统PI变桨控制难以适用于风电机组参与调频时的复杂工况,出现风电机组转速振荡问题。提出一种基于线性变参数(Linear Parameter Varying, LPV)系统的风电机组变桨控制方法,对风电机组模型进行线性化,根据风速和桨距角的变化范围进行凸分解,得到其具有四面体结构的LPV模型,通过求解不同平衡点处的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)设计出相应的变桨控制器。仿真结果表明:与传统PI变桨控制相比,LPV变桨控制能有效减小转速的波动,降低低速轴载荷以及减小桨距角的波动程度,验证了该控制策略的有效性和先进性。     

大型风电机组气动响应特性分析

针对大型风电机组柔性多体塔架-叶片耦合结构气动响应问题,文章提出了在不同偏航角度下的分析方法。根据该方法的流程图,建立了大型风电机组柔性多体塔架-叶片耦合结构动力学模型。采用谐波叠加法计算气动载荷分布,考虑塔影效应与风剪切的影响,得出诱导因子时程曲线与气动响应均值。计算结果表明:轴向与切向诱导因子变化较小,尾流稳定;偏航角逐渐增大导致塔顶顺风向位移均值减小,根方差值增大。该结果为大型风电机组运行过程中监测状态参数的变化与流体动力学分析提供了参考。     

风电安全监管报告2011年(三)

五风电场设计施工缺陷和设备质量问题给生产运行留下隐患 (一)部分风电场设计存在缺陷.一是部分风电场35千伏汇集系统简单套用常规配电网设计规范,接地方式选择不合理,无法实现单相故障的选线快速切除,易引发事故扩大,酿成风电机组脱网事故;二是风电机组升压变沿用配电网设计选型原则,大量采用箱式变压器,电缆终端使用过多,因电缆终端故障引发的事故成为风电场事故的主要因素.三是东南沿海地区风电机组安装设计没有充分考虑微观选址对风电机组的安全性的影响,风电机组机位的湍流强度计算与实际不符,在强台风气流突然改变带来的非常湍流情况下,造成风电机组倒塔断叶等设备损坏事故.     

基于实时功率曲线的风电机组出力特性研究

基于实时功率曲线对风电机组出力特性进行分析,主要通过采集风电机组风速、功率、可靠性状态、大气压力、环境温度等历史数据进行过滤修正,计算出能够反映风电机组真实出力情况的实时功率曲线,并与出质保检测功率曲线进行对比,最后结合功率一致性系数对风电机组出力特性进行评价。找出性能下降比较严重的风电机组并及时整改,进而提高风电机组的发电能力。该方法不仅能够在线评价风电机组的性能优劣,且适用于各类型风电机组,具有广阔的应用前景。     

基于运行数据的风电机组转矩控制性能评估

风电机组的性能评估方法具有多样性及复杂性的特点,基于风电场SCADA系统中采集的大量风电机组运行数据,对风电机组转矩控制的性能评估方法进行了研究。在深入分析风电机组中发电机转速与发电机转矩关系的基础上,提出了风电机组在最佳风能利用系数Cp(max)跟踪区内的转矩优化控制的性能评估方法。通过筛选有效数据,拟合计算出风电机组的实际运行转矩增益系数;再通过与理论最优转矩增益系数进行对比,找出风能捕获能力较弱的风电机组,进而采取措施提高其发电量。通过软件仿真及案例分析表明,该方法在不增加设备及成本的情况下,可有效识别因转矩控制的性能差而影响发电量的风电机组,以便及时进行控制策略调校,维护风电场的利益。     

6 MW漂浮式风电机组极限载荷特性研究

海上风电场建设由近海走向深远海,漂浮式风电机组将会是这一区域最适合的选择。选用华锐6 MW机组,结合东海某海域环境条件和IEC规范,利用气动-水动耦合时域分析方法,对不同基础型式下的风电机组载荷特性进行研究。计算结果表明:漂浮式风电机组叶片、轮毂极限载荷与海上固定式风电机组相比没有明显增加,塔筒底部极限载荷增加幅度可达30%;在正常发电工况和极端空转工况叶片和轮毂极限载荷主要受风载荷控制,而塔筒底部和顶部极限载荷在不同工况受风载荷和波浪载荷影响效果则有不同。