大型风力发电机组动力学分析方法

本文提出了风轮叶片和塔架分别建模，应用模态综合技术分析风轮／架耦合系统动力学特性的方法。分析了孤立风轮叶片、塔架系统的振动特性与风轮／塔架耦合系统振动特性之间的变化，提出了在风轮叶片和塔架系统振动特性设计中应考虑的一些因素。     

风电机组RBF神经网络PID独立变桨控制研究

针对额定风速以上,风切变、风剪切和塔影效应引起的不平衡载荷进行优化控制,提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络比例积分微分(PID)变桨控制方案。通过Park坐标变换与解耦的方法,将风轮不平衡载荷分解成俯仰力矩与偏航力矩,利用经典控制理论实现了风电机组独立变桨控制设计:通过RBF网络在线学习优化:PID控制器的参数,从而对塔架和桨叶上的不平衡载荷进行优化控制。在GH.Blade和Matlab中搭建3 MW风电机组联合仿真模型进行仿真。最后在3 MW风电机组变桨测试平台上进行现场实验,实验结果表明,提出的变桨控制方案能有效减小塔架与叶片等关键部件的载荷,而且提高了变桨控制系统的鲁棒性。     

风力发电机组全功率试验台搭建及应用

为了降低风力发电机组现场调试的高成本和高风险,在车间完成对机组整机性能的测试,采用数字仿真模型与全功率拖动平台联合实时测试的方法搭建了风力发电机组全功率试验平台.其中,数字仿真模型使用基于多体动力学的线性变参数(LPV)建模方法对叶片以及塔架等柔性部件进行详细建模,采用仿真计算出的高精度模拟信号作为系统的输入;拖动平台采用伺服拖动系统模拟风轮的气动输入作为系统的执行机构.测试表明,该试验平台能够在不增加复杂装置的情况下,将叶片模态以及塔架模态纳入到测试系统中,使测试结果更加接近现场实际情况,保证机组装机后安全稳定的运行.     

无刷励磁同步发电机温度场仿真分析

以无刷励磁同步发电机为研究对象,根据流体力学和传热学理论,建立了三维流体场和三维温度场耦合的计算模型,并采用有限体积法计算了额定工况下电机的温度分布。通过样机的部分实验数据与仿真结果的对比,验证了该无刷励磁同步发电机设计的合理性。     

阻力型垂直轴风力发电系统特性的仿真分析

垂直轴风力发电系统有着独特的优点,由于其风轮运行环境复杂,数值分析得出结果计算准确度有限,使用水平轴风机发电功率计算公式作为参照,结果准确性难以得到保证。在对文献调研和统计的基础上,提出一种新的方法计算垂直轴风力发电系统特性数据。采用三维CFD软件模拟风轮旋转,得出风机机械转矩与功率;通过建立风机发电系统仿真模型,基于风机转矩、机械功率等数据计算得出发电机的电磁转矩和发电功率,进而分析风机的发电特性。所提出的方法为风机研究开辟了一条新的路径,对垂直轴风机设计开发提供了借鉴和参考。     

考虑局域攻击的电网风险评估与薄弱区域识别研究

建立了基于拓展直流潮流的电网连锁故障仿真模型以模拟电网在攻击下的演化过程。该模型计及发电机与负荷频率调节特性、调度控制特性,并以元件运行可靠性模型来模拟支路过载保护、发电机频率保护。运用此模型对电网进行局域随机攻击,依据仿真结果进行风险评估并定义指标以辨识脆弱元件。在IEEE39节点系统上进行算例仿真,计算结果对电网安全运行有一定指导意义。     

中空内外钢管混凝土风电塔架柱有限元分析

为节约用钢量,保证风力发电机塔架柱具有更好的经济性,基于1.5MW风电塔架柱的参数,设计了一种新型的中空内外钢管混凝土风力发电机组塔架柱。基于Ansys软件建立了该塔架柱的三维有限元模型,并对其进行了塔架柱静力分析和模态分析,得到了在额定风速下正常运行、切出风速下正常运行和极端风况下停机这3种工况下塔架柱的应力及塔架柱顶位移变化,以及塔架柱的固有频率和振型。结果表明:该塔架柱不会与叶片发生共振,且其结构满足工程的强度和刚度要求。     

垂直轴永磁同步风力发电系统建模及瞬时功率控制策略

以垂直轴风轮(VAWT)和永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的垂直轴永磁同步风力发电系统的数学模型及结构,提出对有功功率、无功功率进行瞬时控制策略:通过频率控制环和电压控制环对负载或并网瞬时有功功率和无功功率进行分解计算,得到逆变器输出电流参考值,与实际的逆变器输出电流测量值比较后产生控制波,再与定频三角载波信号比较,产生PWM控制信号控制逆变器的各桥臂导通和关断.运用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对有功功率、无功功率瞬时控制策略进行仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性.     

考虑覆冰粗糙度影响的风力发电机叶片气动性能数值仿真

针对高湿、寒冷地区覆冰造成机组出力减少的问题,以NREL S809二维翼型及某型300k W风力机三维风轮为研究对象,采用计算流体力学(CFD)数值仿真方法,结合覆冰粗糙度模型,研究分析覆冰粗糙度对风力机叶片气动性能的影响规律。计算结果表明:对于改变翼型气动外形较小的覆冰,二维翼型的气动性能随着覆冰粗糙度大小、覆冰相对宽度的增加而降低,随着攻角的增加影响变大;对于改变翼型气动外形较大的覆冰(雾凇或雨凇),雨凇覆冰的破坏作用更大,但雾凇覆冰翼型受覆冰粗糙度影响更大;叶片覆冰导致三维风轮气动性能降低,在大风速下更为显著;随着覆冰粗糙度大小的增加,三维风轮输出转矩和轴向推力降低,且随着风速的增加,降低程度变大。该文的计算结果对覆冰地区风电场运行及机组性能评估有一定的参考价值和借鉴意义。     

基于垂直轴永磁直驱风力发电系统的仿真研究

以垂直轴风轮(VAWT)和永磁直驱发电机(Permanent magnet direct drivegenerator)为研究对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和永磁同步电机模型的垂直轴永磁直驱风力发电系统的数学模型及结构;采用永磁同步电机定子磁链定向前馈解耦控制,使得电机的有功分量和无功分量可以分别得到控制。运用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对定子磁链定向前馈解耦控制策略进行仿真,并对结果进行分析,以验证该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

基于流体传热理论永磁风力发电机温度场计算

采用流体传热理论和有限体积法计算自然风冷式兆瓦级永磁同步风力发电机的三维温度场.确定热源及等效导热系数的计算方法,建立三维流体的数学模型;对一台实验样机建立三维流动与传热耦合计算的模型,并通过与实验结果的对比,验证计算方法的合理性.利用相同方法对一台1.5 MW永磁同步风力发电机的三维温度场进行计算与分析,在此基础上,...     

基于逆向工程的风力机叶片实体建模研究

基于逆向工程技术对风力机叶片实体进行建模。应用三维数字化激光扫描测量技术,采集叶片实体表面点云,在对数据点云进行预处理后,采用NURBS 曲面拟合方法,实现叶片实体模型的重构,进而为风力机风轮气动性能及风洞试验方面的研究提供所必要的叶片实体模型。     

风浪扰动下海上风电机组塔架载荷与输出功率的协同优化控制

风浪扰动导致海上风电机组响应特性复杂,控制器需要综合处理多种外源扰动。此外,气动力造成风轮旋转与塔架运动的耦合作用,增加了变桨控制器设计的难度。首先,通过动力学分析建立合适的海上风电机组低阶数学模型。然后针对风浪扰动,提出了随机干扰调节控制器(SDAC)。最后协同输出功率控制与塔架载荷控制,设计含线性二次型调节器的变桨控制器。基于GH Bladed软件的仿真结果表明,相较于传统控制器,SDAC能够优化机组输出功率波动,降低塔架载荷,实现塔架载荷与输出功率的协同优化。     

一种多模型融合的风电系统永磁同步发电机数字孪生建模方法

针对当前风电系统永磁同步发电机(PMSG)建模技术存在设备内部参数理想化和系统耦合单一化的不足，无法满足数字孪生技术对设备虚拟模型要求的问题，提出一种面向数字孪生的风电系统永磁同步发电机建模方法。首先，依据实体样机参数，构建2 MW PMSG本体及电磁模型。之后为实现系统对PMSG的控制，基于联合仿真技术利用数字孪生建模平台搭建风电系统PMSG控制电路，实现多系统耦合仿真建模；在此基础上，充分考虑电机传热散热特性等影响，对PMSG热模型进行了构建与计算，并针对温度场计算流程复杂，不具备实时性等问题，引入一种改进的粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)代理模型方法对热模型进行降阶处理并集成；最终完成了基于多模型融合的PMSG数字孪生虚拟模型建模，并采用实体风机运行数据进行验证与测试，结果表明该模型可以有效地反映PMSG真实运行特性。     

风电装备腐蚀分析与涂料防护综述

从涂装防护的角度,基础及支撑结构(塔架)、风轮叶片及机舱罩和整流罩、发电机组、控制电气设备、变压器等部件是重点。风电是典型的区别于传统能源的新能源。和太阳能发电等其他新能源相比,风电的发展更具有规模和经济优势,特别是随着化石能源的逐渐枯竭、     

大型风力发电机转矩LQR控制及载荷优化

传统的风力发电机的控制方法在高于额定风速时,采用变桨距限制风轮转速,同时采用恒定的转矩控制电机转矩。恒定的电机转矩导致风力发电机传动链扭转阻尼比很小,使传动链扭矩大幅度的波动,甚至引起风力机结构的共振。针对该问题,建立了传动链基于状态空间的线性化模型,采用LQR(Linear Quadratic Regulator)方法设计风力发电机的转矩控制器,将传动链一阶扭转模态对应的闭环极点向虚平面的左侧移动,实现对传动链进行动态加阻。采用FAST的计算模块获得了风力发电机传动链的线性化状态空间模型,采用Matlab7.1/Simulink进行控制器设计并与FAST进行联合仿真。结果表明提出的控制方法有效地提高了传动链的阻尼,降低了风力发电机组关键零部件的载荷。     

含双馈感应发电机的电网多步长快速暂态仿真

为提高含双馈感应发电机(doubly-fed inductiongenerator,DFIG)的电网暂态仿真效率,提出一种多步长快速暂态仿真方法。该方法在系统积分步长不变的情况下,通过可变参数改变双馈感应发电机模型的积分步长。对双馈感应发电机模型在改变后的步长下进行数值计算,此过程无需求解电力系统网络方程,当双馈感应发电机模型的积分时间和系统积分时间同步时,双馈感应发电机模型与系统其他元件统一进行精确的数值计算。简单系统和经典电力系统的仿真计算结果表明,所提仿真方法计算速度快、精度高,是一种有效、实用的计算方法。     

基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒控制

分析了仅包含状态变量、输出变量、控制变量的控制系统常规三元组形式应用到发电机分散鲁棒控制时遇到的困难，为克服这些困难提出了包含状态变量、输出变量、控制变量、量测变量的控制系统四元组形式的概念。量测变量的引入使得发电机综合控制模型本身变为各机解耦、与外部系统网络参数及动态无关，在此模型下设计出分散鲁棒控制器是自然的。此模型可以考虑系统包含各种动态元件如FACTS元件、HVDC系统等情况，在此四元组模型下，通过直接寻求控制量与控制目标之间关系的关联度方法将发电机控制的四元组模型完全线性化，通过励磁控制使发电机端电压具有良好的动态特性，通过汽门控制提高发电机功角暂态稳定性。数字仿真表明，所设计的基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒综合控制器是有效的。     

发电机和负荷模型对暂态稳定性影响的概率分析

详细分析了电力系统元件(如发电机、负荷)的数学模型,重点讨论了发电机模型和负荷模型及其之间相互关系对电力系统暂态稳定性的影响,并以两个系统为例,采用非序贯蒙特卡罗的概率分析算法,对发电机模型和负荷模型的影响进行了统计研究.文章指出,在电力系统的仿真计算中,采用不同的元件模型,其对电力系统暂态稳定性计算的影响是不同的.从概率分析的角度证明了在电力系统暂态稳定性分析计算中选择模型的重要性.     

风力发电机叶片防冰的数值计算模型及现场试验研究

风力发电机叶片覆冰严重影响着寒冷地区风电场的安全稳定运行,采用电加热防冰技术可以有效地防止覆冰事故的发生。该文对风力发电机叶片防冰的物理过程进行分析,在此基础上建立风力发电机叶片防冰的数值计算模型:利用k-w SST湍流模型求解叶片周围的空气流场,通过Eulerian方法获得过冷却水滴的运动轨迹及碰撞情况,基于Messinger控制体思想建立叶片表面的质量守恒和热平衡方程。此外,为了验证该数值模型的有效性,该文还在自然覆冰试验站进行风机发电机叶片防冰的现场试验研究。结果表明:所建立的风力发电机叶片防冰数值计算模型能够有效地模拟叶片防冰过程,仿真得到的防冰区域表面温度与试验结果较为吻合。反之,在给定的覆冰气象参数和叶片目标温度条件下,该模型能够有效地预测所需的防冰功率大小,为风机发电机叶片防冰系统的设计与运行提供帮助。