海上风力发电机组抗台风概念设计

为提出适合我国国情的抗台风设计方法,首先给出了台风极值风速大、非平稳性强、风向变化快、与巨浪同步等基本特征,分析了海上风力发电机组在台风作用下常见的失效模式,其中以整体倾覆、塔筒失效、叶片破坏居多。在此基础上,探索了抗台风设计的基本理念,认为抗台风设计应避免颠覆性破坏,并力争实现基于可靠度的抗台风设计。进一步地,提出了相应的抗台风举措,其中引入振动控制技术、采用钢筋混凝土塔筒等措施效果较为理想,可为我国海上风力发电机组抗台风设计提供参考。     

海上风力发电机组载荷控制方法研究简

根据海上风力发电机组的运行特点,分析了海上风电机组的载荷来源及其特殊性,通过仿真探讨了空气动力载荷、海波载荷等对海上风电机组的影响,随机的非线l生风载荷和波浪载荷等都将给海上风机安全控制提出较大挑战,本文针对性地提出了主动空转控制、塔架加阻控制、抗台风控制等降低海上风电机组运行载荷的控制方法,仿真结果表明上述载荷控制策略有效的降低了海上风力发电机组的载荷。     

海上风力发电机组载荷控制方法研究

根据海上风力发电机组的运行特点,分析了海上风电机组的载荷来源及其特殊性,通过仿真探讨了空气动力载荷、海波载荷等对海上风电机组的影响,随机的非线性风载荷和波浪载荷等都将给海上风机安全控制提出较大挑战,本文针对性地提出了主动空转控制、塔架加阻控制、抗台风控制等降低海上风电机组运行载荷的控制方法,仿真结果表明上述载荷控制策略有效的降低了海上风力发电机组的载荷。     

海上风机塔筒的非均匀传输线模型

风机塔筒的建模是海上风电机组防雷保护研究的重要组成部分,其模型的建立对分析结果有重要影响。首先分析塔筒多波阻抗模型在海上风机防雷研究中的不适用性;其次建立塔筒的非均匀传输线模型;然后,利用多波阻抗模型研究塔筒空间结构变化对自身电磁暂态特性的影响。研究结果表明：塔筒分段越多,其电磁暂态响应越准确。通过对采用非均匀传输线模型和采用多波阻抗模型的塔筒雷电暂态响应进行对比,证明了非均匀传输线模型更符合实际情况,从而给出了塔筒的推荐分段数。     

东海大桥海上风电11台机组并网

据《上海电力报》2010年4月29日报道：4月22日,亚洲第一座大型海上风电场——东海大桥海上风电场i1台风机并网发电,全部风机将于年中并网。东海大桥风电场位于上海市东海大桥东部海域,由34台国内单机功率最大的离岸型风电机组组成。东海大桥海上风电环境复杂,技术要求高,施工难度大。风电场采用我国自主研发、目前国内单机功率最大的3MW离岸型风电机组,具有电动独立变桨、变速和双馈电机技术等世界主流机型的特点,并采用了有效的防腐蚀措施和冗余设计以提高机组的可靠性。风机主机、轮毂、叶片、塔筒等设备全部由国内厂家制造。风机轮毂高度为91m、叶轮直径为95m,采用三叶片、水平轴、上风向的结构形式,适用于东海大桥风电场场址。     

阿尔斯通在法建世界最大海上风机

阿尔斯通日前在法国本土大西洋卢瓦尔省建成世界上最大的海上风机,为竞标法国本土市场做准备。而面对中国风机产能过剩考验,选择发展海上风电等差异化竞争道路或将成为突破口。阿尔斯通研发的这款6 MW的海上风机,拥有75 m高的塔筒,风机机舱高达100 m。整个风机及其支撑结构的总重大约1 500 t,具有简单、稳健、高效的性能特点。其风机叶片也是世界上最长的。     

台风期间全厂停电保风机安全方法探讨

风机在台风期间突然断电的状态下,偏航失效,风轮无法调整对风,台风产生的极端风速、突变风向和非常湍流等因素单独或共同作用往往使风机不同程度受到损坏,如叶片因扭转刚度不够出现通透性裂纹或被撕裂,最严重的将导致风机倒塔事故.通过对台风期间全厂停电时如何启动柴油发电机通过集电线路给风机偏航、变浆及控制系统提供电源,使风机及时收桨、偏航对准主风向,确保风机安全停机,避免出现风机损坏的严重事故.     

基于ATP-EMTP的风电机组塔筒二次雷电回击暂态分析

针对风电机组在雷击事故中严重损坏的现状，对二次雷电回击引起的暂态电位变化进行了分析研究。文中通过搭建叶片、机舱、等效圆锥体塔筒与接地系统的等效模型，考虑塔筒内部电缆与塔筒之间的耦合互感等问题，并结合某风电公司所提供数据与相关等效参数公式，搭建出π型叶片与接地体、“十段式”塔筒等效电路，后续利用电磁暂态软件ATP-EMTP计算分析塔筒在两种雷击情况下的暂态电位变化。结果表明：两种雷击均会使风电机组产生兆伏级电位变化；塔底处暂态电位变化在两种雷击情况下差别最大；二次雷电回击下塔顶暂态电位将在0.200μs时达到峰值3.856 MV，故二次雷电回击严重威胁风电机组塔筒内部结构与电子器件的正常运行，不容忽视。     

66 kV开关设备电缆舱安全设计

<正>海上风电66kV开关电缆舱结构不同于常规开关柜，一旦发生内部燃弧故障，事故可能波及整个风电机组塔筒。介绍了66kV开关设备电缆舱泄压装置、壳体强度及电缆舱门紧固等相关设计，并通过仿真及实际试验进行了验证，为从业者提供相关参考。随着海上风电的发展，大容量风电机组已成为发展趋势。风电机组容量提升，集电电压由35kV提高到66kV，原塔筒内的中压电气设备更替为66kV高压电气设备。为防止内部燃弧故障，中压开关柜通常都设置分隔舱室，并配置泄压装置，     

关于风电机组防雷接地设计易被忽视的问题探讨

对单个风电机组防雷接地网扁钢引上线引出几处与塔筒连接相关规范未有明确规定,风电机组风叶片遭雷击其雷电流经塔筒入地瞬间,如遇人畜近处经过可能出现的危险跨步电压易被设计者忽视,为了尽可能避免跨步电压伤害人畜,通过分析计算跨步电压危险量值,提出宜根据单个风电机组塔筒周围表层土壤电阻率计算跨步电压量值,以确定防雷接地网扁钢引上线与塔筒电气连接的具体数目。     

海上风机一体化电磁暂态模型与雷电暂态过电压研究

为了减小雷击海上风机引发暂态过电压的故障率,需要准确地分析海上风机暂态过电压的影响因素及响应规律。结合海洋接地环境及风机桨叶转动特性,利用电磁场数值计算的方法,建立了一种新型的海上风机一体化电磁暂态模型;利用ATP-EMTP对海上风机进行仿真分析,研究了海水深度、桨叶长度和塔筒高度、雷电流参数、雷击点和桨叶位置对机舱处雷电暂态过电压的影响,并利用波过程理论分析其原因。仿真结果表明,由于雷电流在风机上存在折反射现象,使得机舱处暂态电压存在明显振荡特性;所提影响因素会对暂态电压的峰值和振荡频率产生不同程度的影响。     

基于台风路径预测信息的输电杆塔累积损伤模型研究

强台风可能对所经区域的输电杆塔造成物理破坏并引发大面积停电。为协助电力部门准确预估台风天气下杆塔倒塔的风险并提前调配和部署防台物资,建立了一种基于台风路径预测信息的输电杆塔累积损伤模型。首先,根据气象台短期台风预报信息、采用网格方式确定受台风影响的风险杆塔;其次,充分结合短期和短时双时间尺度台风基本信息和杆塔地理位置信息,预测杆塔受台风影响的累积作用时间和风速;第三,构建了单位时间内强台风下杆塔因塑性疲劳发生倒塌的低周疲劳损伤数学模型,并利用改进泊松公式求取不同台风作用时间、风速和地理位置的杆塔倒塔概率;最后,基于直流潮流算法优化计算电网最小负荷损失。算例验证了所提方法的有效性、合理性。     

风、浪对海上风电机组振动特性的影响及控制策略

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。     

基于相对主元分析的风电机组塔架振动状态监测与故障诊断

振动信号是风电机组数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition system, SCADA）中一类重要变量。以风电机组SCADA运行数据为基础,首先结合风机运行原理详细分析了导致塔架振动的主要因素。进而采用相对主元分析（relative principal component analysis,RPCA）和某风电机组2011年3~5月份的SCADA运行数据,建立了覆盖塔架正常工作状态的RPCA振动模型,计算得出监控统计量Hotelling T2（简称T2）和平方预测误差（squared prediction error,SPE）。采用塔架振动RPCA模型,准确检测出风电机组变桨系统故障,验证了所研究方法的有效性。     

风波联合作用海上风力机动态特性分析

风波联合作用于海上风力机的动力响应是一个复杂的非线性问题。以海上风力机为研究对象,利用数值模拟和现场实测手段,以海风和海波载荷作为载荷输入条件,建立风轮载荷模型、塔体海风载荷模型、海波载荷模型和风波联合作用下的结构动力学方程。研究海上风力机在风波联合作用下的结构动力响应和动态特性。研究结果表明,风波的联合作用对海上风力机正常工作存在一定影响,为今后海上风力机动态特性评估提供了计算方法。     

海上风力发电塔脉动风速时程数值模拟

为了分析海上风机结构在时域内的风振动力反应,进行了脉动风速时程数值模拟研究。根据风机结构体型特征和脉动风功率谱特性,研究了叶片与塔架风场的相干性效应,提出考虑叶片与塔架相互影响的谐波叠加法(harmony superposition method with blade-tower interaction,HSM- BTI)。通过该方法对风机结构随机风场的脉动风速时程进行数值模拟,并对计算功率谱与目标谱进行校核,验证了HSM-BTI方法对风机结构脉动风速时程模拟的适用性。     

台风风场参数对输电杆塔力学特性的影响

分析输电杆塔风荷载计算公式可知,台风风场的平均风速、风剖面指数与湍流强度是影响杆塔风荷载的主要参数,而台风在整个行进过程中,这些风场参数不断变化并共同影响输电杆塔的风荷载。为探索台风行进过程中杆塔受力变化规律,首先选取了台风卡努行进过程中5个不同时刻的风场,开展了对应的杆塔受力分析。分析结果显示,杆塔应力比与平均风速的变化规律趋于一致。而后在设计风速一致的前提下,以某大跨越杆塔为工程背景,开展了台风与常规风两类风场作用下杆塔风荷载和受力对比计算。参数分析显示,台风与常规风风剖面指数的差异对杆塔风荷载和受力影响较为显著,最有可能引发倒塔事故。最后通过分析塔材应力比沿塔身分布规律,找到了台风荷载作用下杆塔的薄弱部位,提出了补强措施,还选取了其他类型常用杆塔进行试算,对这一补强措施的适用性加以验证。     

An experimental study of lightning overvoltages in wind turbine generation systems using a reduced‐size model

Wind turbine generation systems are built at locations where few tall structures are found nearby so as to obtain good wind conditions, and thus, they are often struck by lightning. To promote wind power generation, lightning‐protection methodologies for such wind turbine generation systems have to be established. This paper presents the result of an experimental study of lightning overvoltages in wind turbine generation systems using a reduced‐size wind turbine model. Overvoltages observed at wavefronts of lightning surges are focused on in this study. In the experiments, lightning strokes to one of the blades and to the nacelle were considered, and voltages and currents at various positions of the wind turbine model were measured. The following points have been deduced from the results: (i) The voltage rise due to the tower footing resistance can cause a significant voltage difference between the tower foot and an incoming conductor led from a distant point. Also, a voltage difference between the bottom of down conductors installed inside the tower and an incoming conductor can be of significance. (ii) The lightning current flowing through the tower body induces voltages in main and control circuits which form loops, and the induced voltages can cause overvoltages and malfunctions. (iii) Traveling‐wave phenomena in a wind turbine generation system for a lightning strike to the tip of a blade and to the nacelle have been clarified from the measured waveforms. This information can be used for developing an EMTP simulation model of wind turbine generation systems. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 158(4): 22– 30, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20466     

基于RBF神经网络滑模变结构独立变桨控制研究

为降低大型风电机组由风剪切、风切变和塔影效应在叶片上产生的不平衡载荷,根据风力机气动力学、风剪切、风切变和塔影效应,提出一种基于RBF神经网络滑膜变结构独立变桨控制策略。滑模变结构控制抗干扰强、鲁棒性强和响应速度快,缺点是滑模变结构控制易产生抖动。利用RBF神经网络的在线学习能力,实时调整滑膜变结构控制器增益,使滑模函数趋于切换面,有效降低滑模变结构控制的抖动,提高独立变桨控制系统的动态性能。利用Matlab/Simulink和GH-blade软件搭建了5 MW风电机组的联合仿真模型。仿真实验表明采用所提出的独立变桨控制方案能有效降低桨叶根部不平衡载荷,还能提高风电机组运行在额定风速以下的功率性能。通过试验平台的测试,也验证了所提出的独立变桨控制策略的合理性。