基于流固耦合的风力发电机周围流场特性分析

为了提高风能利用效率,合理设计风电场,基于ANSYS Workbench有限元仿真平台以水平轴风力发电机为研究对象,在额定工况条件下对风力发电机周围流场特性进行了流固耦合分析,得到了风力发电机尾迹及叶片附近旋转域流场的风速、风压分布.结果表明:在风力发电机后不同距离的截面处,其湍动能沿竖直方向均呈现“M”型变化趋势;在水平方向上,部分流经叶片的空气产生了旋转,并具有向四周扩散的现象;在叶片旋转域中,沿叶片径向其风压与风速不断增大.     

测试技术在风力发电机中的应用

风能本身就是一种清洁环保的可再生能源,在各个国家都获得了高度的重视.对于风力发电机来说,测速技术的应用可以使风力发电机的运行效率和可靠性得到提高,同时也能够使风力发电机在运行上的成本得到降低,对风力发电技术的促进其他非常关键的作用.本文主要探讨测试技术在风力发电机中的应用,为风能的开发提供参考.     

风力发电机发展现状及研究进展

风力发电机是实现风能转换为电能的核心部件之一.自上世纪70年代末以来,涌现了多种风力发电机拓扑结构及发电系统.针对现有国内外主要类型风力发电机的技术特点进行评述,分析比较不同类型风力发电机的经济技术性能,讨论风力发电机的最新发展趋势与研究进展,为我国风力发电研发工作提供参考.     

基于滑模控制的大型变速风机的最大风能捕获研究

为了解决当风力发电机参数辨识错误或有扰动误差时,最大风能捕获策略出现的风能利用率下降问题,根据已知的风力发电机特性和滑模变结构系统理论,提出了在低于额定风速条件下,变速风力发电机的非线性反馈控制方案。通过使用带有风速估计的滑模控制器,利用转速值进行最大风能捕获。构建系统模型进行仿真并与传统控制策略进行分析比较,结果证实了文中控制策略的正确性和有效性。     

风力发电机超转时基础螺栓受力分析

风力发电机的叶片在超速运转情况下,会对底座产生较大的拉、剪应力,如果基础螺栓的数量或强度不足,将会造成发电机倒塌。根据呼和浩特某风力发电机倒塌实例,结合控制室的监测数据及相关资料,利用量纲法,通过风荷载计算得到弯、剪综合作用下螺栓在额定转速与倒塌时的实际应力。最终的拉、剪强度综合校核表明了该分析方法与实际情况的高度吻合。     

新一代高性能风力发电机下线

丹麦VESTAS公司位于我国呼和浩特市工厂生产的首台V60—850千瓦高性能风力发电机下线。这款风力发电机是专门针对我国国情量身定制的,具有耐严寒、高效能等特点,可有效提高风能利用率。     

风力发电机雷击次数的改进计算模型与方法

随着风能在中国能源比例中的持续增长,对风力发电机可靠性的要求变得越来越高。因此,风力发电机的防雷保护已成为重要课题。准确的风电发电机雷击次数是确定合理防雷措施的前提,针对现有IEC风机年雷击次数计算公式存在的问题,利用蒙特卡洛方法计算不同引雷半径公式下的风机下行雷击次数;同时借鉴Rizk提出的高层建筑物上行雷击次数计算模型,应用于风机上行雷击次数计算。仿真分析结果表明:风机下行雷击次数和上行雷击次数均随风机高度增加而增大,下行雷击占总雷击事件比例随风机高度增加而下降;IEC公式计算得到的风机年雷击次数偏大,改进后的年雷击次数计算方法较为符合实际观测情况,可为风场防雷分析提供可靠依据。     

基于变频器容量的永磁同步风力发电机最大功率控制的研究

介绍了永磁同步风力发电系统的基本结构,论述了风力发电系统中风机最大风能捕获的基本原理,并提出一种采用永磁同步电机作风力发电机实现最大功率输出的控制系统.通过建立考虑铜耗和铁耗的电机损耗模型,获得了电机损耗与定子电流之间的关系.在此基础上提出永磁同步电机最佳效率控制,并将其应用于永磁同步风力发电系统中.使风力发电机按照最大功率点跟踪方式运行时,电机损耗最小;在充分利用变频器容量的前提下,实现风力发电机最大功率输出,从而得到永磁同步风力发电机最优定子电流矢量控制.仿真结果证明了该控制算法的有效性和实用性.     

基于Bladed软件的风电机组变桨距控制系统设计

随着风力发电机组向着大型化发展,单机容量在不断增加.为了满足风力发电机组功率输出稳定和减小风力发电机组载荷的要求,大型风力发电机组基本上都采用了变桨距控制技术.通过阻力系数和风能利用系数的数学关系推导出阻力系数与风力发电机功率输出的关系,在模拟叶片老化中引入风机的失效运行状态,提出在失效运行状态下采用变桨距控制与调整发...     

基于直驱永磁风力发电系统中最大风能跟踪的实现

研究贝兹原理关于永磁同步风力发电机的最大风能跟踪理论,提出了叶尖速比控制方法。介绍风力机的数学模型,以及最佳叶尖速比控制方法,构建永磁同步风力发电机的数学模型,继而利用Matlab/Simulink软件对该模型进行仿真分析。仿真结果表明：本控制方法能快速准确地实现风能的最大跟踪。     

山区湍流特征及其对风力机功率的影响

为研究山地地形大气湍流关键特征参数的变化规律及其对风力机功率的影响,以云南某山地风电场山脊处一大型风力发电机组为研究对象,采用遥感技术研究风力机来流的风速、风向、湍流强度、湍动能和湍流耗散率的分布特征,并分析上述参数对机组功率的影响。结果表明:山地地形中来流参数昼夜特征明显;在垂直于来流方向,地形的影响区域集中在距离地面79 m的范围内,湍动能与湍流耗散率在垂直方向成反比;风速与湍流耗散率具有良好的正相关性;来流特征参数在不同风速区间对风力机功率的影响存在较大差异,湍动能对风力机功率的影响程度最低,为1.49%,但湍流强度对风力机功率的影响程度高达4%。     

基于小波分形理论的风电轴承故障识别

针对风电轴承振动特征信号易被环境噪声调制污染、信噪比低、具有非线性和不平稳的特点,利用基于小波分形的故障识别方法对此进行了研究.采用小波包分解,利用互信息法和Cao算法分别确定了相空间的延迟时间和嵌入维数,根据不同频带的关联维数变化确定风电轴承的工作状态.该方法不依赖于风力机工作的动力学模型,对整体系统信息状态变化敏感.通过现场实验证明,该方法较好地解决了风电轴承故障难以识别的问题,为更加细致地研究风电轴承振动信号提供了重要参考.     

风力发电机齿轮箱虚拟样机建模与动态特性分析

为预测750 kW风力发电机增速齿轮箱的动态特性,在Romax环境下对其进行多体动力学虚拟样机建模,在考虑传动轴、箱体及轴承柔性变形的基础上,通过Romax Dynamics模块对增速箱整机进行模态分析与振动特性分析.仿真结果表明,行星架一阶模态是整机振动的主要来源,改善行星轮系的均载状况和调整箱体支撑结构可有效降低整机振动幅度.     

Large-eddy simulation and experimental study on the turbulent wake flow characteristics of a two-bladed wind turbine

Large-eddy simulation(LES) with fully resolved rotor method(FRM) is applied to explore the turbulent wake flow characteristics and vortex evolution laws of a two-bladed horizontal-axis wind turbine. Relevant wind tunnel experiments have been done based on time resolved particle image velocimetry(TRPIV) technique. The simulation results are validated by the experimental data and they are in good agreement. The axial average velocity, turbulent kinetic energy, shear Reynolds stress, and vortex structure of the wind turbine wake are analyzed based on the comparison of LES results and experimental data. It is observed that the wake diameter of wind turbine enlarges with the increase of tip speed ratio(TSR). Turbulent kinetic energy meets its minimum value when x/R=2.0. Shear Reynolds stress appears a positive peak in the near wake when x/R2.0, and the value of shear Reynolds stress decreases along the axial direction. The blade tip vortex dissipates more quickly than the central vortex in the wind turbine wake, and the gradient of the relationship curve between the blade tip vortex core position and the vortex age decreases as the TSR increases. With the increase of TSR, the thrust coefficient increases, and the power coefficient increases first and then decreases.The present work proves that LES with FRM could calculate wind turbine turbulent wake flow with a high accuracy.     

基于直流电动机的风力机实验模拟系统

分析了风力机运行特性、最大风能捕获机理和直流电动机的动态特性,构建了基于直流电机模拟风力机的实验平台,研究了直流电动机模拟风力机的特性,利用可编程逻辑控制器研究了实验模拟系统的工作原理及控制流程,通过实验分析验证了直流电动机模拟风力机的可行性．     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

建筑增强型垂直轴风力机气动特性数值研究

为捕获建筑环境中蕴藏丰富的高品质风能,结合高耸建筑的高度优势与建筑扩散体强化风速效应,将垂直轴风力机放置于不同建筑扩散体之间,通过数值模拟的方法研究建筑增强型垂直轴风力机在具有不同实度与不同翼型时的气动特性.结果表明:建筑扩散体可大幅提升风力机获能效率,建筑增强型垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最大风能利用系数提升4.47倍,其最佳尖速比位置向右偏移,但其载荷波动较剧烈,且对建筑外廓敏感,其中圆弧形截面建筑可有效减小建筑分离涡造成的影响.随着实度的增加,建筑增强型垂直轴风力机风能利用系数先增大后因叶片间干扰而减小,其载荷波动和自启动性在多叶片时得到明显改善.对于不同系列的翼型,FXLV152翼型有助于减小疲劳累积损伤,最大厚度较大的NACA0021翼型有利于提高风力机的获能效率,S809非对称翼型则不适用于建筑增强型垂直轴风力机.数值结果为建筑增强型垂直轴风力机的工程应用提供部分参考依据.     

垂直轴风力机中马格纳斯效应力最大化与叶片转速的研究

在基于马格纳斯力驱动的垂直轴风力机理论研究的基础上,研究了风场中旋转柱形叶片所能够获取最大马格纳斯力的方法. 从最大风能利用率和最低能耗角度出发,把叶片在风力机中所处动态方位角与叶片的合理旋转速度联系起来,提出了旋转叶片的最大功率跟随的叶片转速控制问题并进行系统研究,为马格纳斯力驱动的垂直轴风力机的控制和实际应用提供理论基础.     

变速风力发电机模型参考自适应控制

风力机系统是一个非线性不稳定的复杂系统,系统具有不确定性,模型很难建立。自适应控制研究对象就是这种具有不确定性的系统,它能通过修正控制器的参数来降低不确定性对系统的影响。采用模型参考自适应方法对变速风力发电机在额定风速下进行控制,使风力机获得最大风能。仿真结果表明此方法对额定风速下变速风力发电机的控制效果很好。