基于无源性理论的风力机最大风能捕获控制

讨论了具有随机性风速变化和非线性的风电系统的最大风能捕获控制问题,系统采用基于无源性控制方案下的浆距角和触发角双输入控制方案,通过选择适当的状态稳态特性和注入阻尼的方法,将风能的最大捕获与系统的全局稳定性相结合,设计出了一种对风速变化和参数摄动具有鲁棒性且使风电系统具有良好动态特性的控制系统。仿真结果显示,对于具有随机性风速变化和变参数风电系统,该控制策略可以实现风能的最大捕获。     

柱状漂浮式风力机结构振动控制

针对柱状漂浮式风力机的结构振动控制展开研究.首先为进行调谐质量阻尼器(TMD)参数的优化,对风力机模型进行简化,并对简化模型中的未知参数进行估计;随后,基于简化模型分别使用公式法和遗传算法对TMD参数进行优化,并通过比较塔顶前后位移的标准偏差确定最终的优化方法;最后,为评估TMD对风力机振动控制的影响,构建风力机的联合...     

智能夹层风力机叶片振动主动控制研究

总结了国内外压电材料应用于弹性体的情况;对智能夹层风力机叶片进行建模,将压电材料丝埋入风力机叶片的基体中,用有限元分析软件Algor分析埋入的压电材料逆压电效应下的应力、位移,实现叶片振动主动控制,以防止叶片这一弹性体发生颤振。为实现叶片智能振动控制打下基础。     

风浪激励下的海上风力机振动控制

该文建立考虑桩-土耦合作用的单桩式海上风力机整机多体动力学模型,结合水动力和空气动力,借助Matlab/Simulink搭建风力机的联合仿真模型。对安装于机舱内的单调谐质量阻尼器（STMD）和多重调谐质量阻尼器（MTMD）系统进行设计,并在运行工况和泊机工况下进行仿真分析。研究表明,相比于正常运行工况,泊机工况下的调谐质量阻尼器（TMD）振动抑制性能更优,对塔基前后弯矩标准偏差有着最优的控制效果,且MTMD系统中TMD的数量与系统振动抑制性能存在非线性关系。     

基于状态反馈的双馈风电机组传动链动态扭转载荷控制

针对恒转矩控制时传动链阻尼小、扭转载荷大会降低机组传动链上关键部件使用寿命的问题,设计基于状态反馈的传动链动态扭转载荷控制器,使等效在轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现传动链的动态扭转载荷控制。利用FAST和Matlab/Simulink软件对机组模型和控制器进行联合仿真,结果表明所提出的方法能有效降低双馈风电机组传动链的动态扭转载荷。     

基于TMD的风力机塔筒振动控制研究

针对风力机塔筒在风振效应下振动过大的问题,该文基于调谐质量阻尼器(TMD)开展对风力机塔筒的减振控制研究.以某大型2 MW风力机塔筒为研究对象,基于ANSYS建立柔性的风力机塔筒有限元模型,并基于Kaimal谱和模态脉动曳力功率谱模拟得到脉动风速时程和风载时程曲线.为取得较好的TMD减振控制效果,根据Den Harto...     

风力机叶片面内振动的主动控制研究

针对风力机叶片面内方向振动建模和控制问题,采用欧拉-拉格朗日法建立力学模型描述旋转叶片动态及塔架动态;采用分布式参数考虑了叶片的空气动力属性、分布式质量及刚度以及重力和离心刚化的影响;对叶片和塔架的耦合,发电机转矩对塔架振动的影响也进行了建模。为了减小整个叶片的振动,设计空间H∞控制器来抑制振动,在每个叶片叶尖安装一对主动拉索,在面内振动方向产生主动控制力,以减少振动幅值。利用Matlab/Simulink平台,建立NREL-5 MW机组模型并进行数值仿真,其结果显示出整个叶片振动幅值的减小,显示了所提出的控制策略及执行器布置,能有效地抑制由叶片上连续分布的实变风载荷引起的振动。     

风力机叶片平面内振动的准滑模控制

为了减小风力机叶片在过大风荷载作用下平面内振动位移,选取在叶片内安装新型电磁惯性质量阻尼器控制叶片过大振动效应,采用含饱和函数指数趋近律的准滑模控制算法来计算最优控制力,并设计相应的半主动控制策略.采用NREL-5 MW风力发电机组进行建模和数值仿真分析,结果表明:准滑模控制状态下叶尖位移响应较未受控状态下明显减小;半...     

基于TMD的半潜式风力机振动控制

针对某5 MW半潜式风力机的振动控制进行研究,以单纯形遗传算法(SCGA)分别对有无行程限制的调谐质量阻尼器(TMD)的固有频率、阻尼比进行参数优化,探讨经过优化参数后的TMD对风力机关键部位位移和载荷的影响。在SIMPACK软件中建立半潜式海上风力发电机组的多体动力学模型,在5种工况下对风力发电机进行动力学仿真分析。仿真结果表明,相较于有行程限制的TMD,施加行程限制后的TMD减振效果变差,但考虑到机舱空间的实际大小,TMD施加行程限制仍有一定的参考意义,且纵向减振效果优于横向减振效果。     

风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命评估

在叶轮气动载荷模型、柔性传动链模型和齿根弯曲应力模型的基础上,建立了随机风速下风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命计算模型,对不同风速下的齿根弯曲应力进行了计算,分析了随机载荷下裂纹的扩展速率.对1.5 MW风力机太阳轮齿根疲劳裂纹的扩展进行了分析.结果表明:风力机齿轮齿根疲劳裂纹扩展寿命主要受风载荷影响,且紧急制动等冲击对裂纹扩展后期的影响不可忽视.     

冲击载荷下风电机组传动链的振动响应及控制研究

针对极限载荷引起的风电机组功率不稳定问题,对机组传动链在冲击载荷作用下的振动特性及减振控制方法进行研究。以冲击载荷为激励,利用达朗贝尔原理建立传动链的动力学模型,通过多体动力学模型的对比验证,讨论传动链结构参数与其振动响应间的影响关系。在此基础上基于PID控制原理设计被动与主动两种减振方法,并将其应用于某1.5 MW水平轴风电机组模型中。结果表明:相比于结构阻尼系数的影响,轴系刚度系数对传动链冲击振动的影响更明显;在采用两种减振措施后,低速轴上的振动幅值均显著衰减;其中,采用主动减振方法时的减振效果优于被动方法,它在可降低振动幅值1/3的同时增强传动链抑制随机风载荷波动的抗干扰性能。     

无减速器的风力机

一九八一年苏联发明一种无减速器的风力发电机。图1为风力机的全视图,图2是发电机定子的全视图。如图所示,该风力机有一个风轮和一台永磁式发电机。发电机转子固定在风轮的侧面上,呈钢环状,上面安装数个永久磁铁。发电机定子是用数个梯形截面的元件组成。每个元件上均配置有线圈。该风力机的工作原理如下: 风轮在风力作用下带动发电机转子转     

单桩海上风力机风致振动变阻尼控制研究

风致振动是大型风力机发生破坏性事故的主要原因.为探究半主动控制在近海单桩风力机风致振动控制中的应用效果,基于ABAQUS有限元软件二次开发了风力机半主动控制模块,以单桩式NREL5 MW海上风力机为研究对象,通过磁流变阻尼器对Bang-Bang控制、改进Bang-Bang控制及Lyapunov控制3种半主动控制算法在单...     

基于SMA的大型风力机叶片振动被动控制研究

将SMA粘贴在大型风力机叶片的表面形成新的智能叶片结构,并探讨伪弹性SMA对叶片的振动抑制效果。采用SolidWorks与Excel软件相结合的方法建立风力机叶片三维壳体模型,基于ANSYS ACP模块对含SMA的复合材料叶片进行铺层设计,并验证该模型;考虑叶片的弯扭耦合效应及重力影响,基于有限元理论建立含SMA的运动学方程,采用模态叠加法求解其静态响应、谐响应及随机振动。分析结果表明：由于SMA的存在,不同静态载荷作用下,SMA的应力-应变之间均形成封闭的滞后环;将叶片的固有频率移向更高的频率,各阶模态对应的振幅明显降低。在振动能量带宽0.5~2.4 Hz的范围内,含有SMA层强化的风力机叶片振动能量响应值降低更为显著。     

风力机侧向振动稳定性研究

对风力机系统的动态稳定性问题，即风力机侧振与叶轮摆轮的耦合运动，以及由叶片静不平衡引起的响应问题进行了研究。     

风力发电机组传动链振动特性研究及试验

建立风力发电机组主传动链振动特性全实物仿真分析模型。模型包括叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、连轴器和发电机等,其中叶片、轮毂、主轴、齿轮箱内的行星架、各级旋转轴等以超单元模型的型式导入总模型。根据风力机设计参数计算得到风力机的激励频率,分别在切入、额定和切出的3种动平衡状态基础上计算风力机运行时的特征频率,并结合激励频率和特征频率绘制坎贝尔图及能量分布图,找出风力机的潜在共振点,最后对风力机进行时域扫频分析,结合三维坎贝尔图、傅里叶变换对潜在共振点进行排除或确认。分析结果表明:该款自主设计的风力发电机组具有良好的振动特性,可避免共振,并得到试验结果的验证。     

随机风浪作用下漂浮式风力机MTMD振动控制研究

基于多体动力学理论,通过二次开发,基于FAST-SC建立漂浮式风力机-多重调谐质量阻尼器（MTMD）耦合振动控制模型FAST-SC-MTMD。以驳船式海上风力机为研究对象,基于线性调频优化方法完成布置于机舱和平台位置的TMD参数设计。以漂浮式风力机结构运动响应控制率为评价指标,研究在随机荷载激励下将TMD和MTMD应用于在驳船式风力机的减振效果。研究发现,采用机舱和平台同时布置MTMD的减振控制策略,可有效降低驳船式风力机塔基荷载和运动响应。     

基于调频质量阻尼器的并网风力机叶片振动主动控制

风力发电机叶片的振动问题会影响风力发电机的安全运行及功率输出。针对叶片振动控制问题,采用主动调频质量阻尼器(TMD)设计主动控制策略,建立完整的机械及电气耦合模型。基于欧拉-拉格朗日法建立并网变速运行条件下的双馈感应风力机(DFIG)整体动力学模型,包括叶片、塔架的耦合,机械及电气由传动系统耦合。分析湍流载荷、变速诱导力及电网动态对叶片面内振动的影响,文章扩展了现有的模型,考虑了阻尼器停止力,完善了动力学模型,设计了约束系统和H∞鲁棒控制策略。仿真结果表明,提出的模型准确可靠,控制策略能有效减小叶片面内振动,阻尼器行程满足叶片许可的工作空间。此外,数值研究表明,在发生电网故障的情况下,控制器对于风轮速度变化具有鲁棒性。     

粘滞阻尼器参数对海上风力机风致振动控制影响研究

为研究粘滞阻尼器参数对风力机振动控制效果的影响,以NREL 5 MW海上风力机为研究对象,基于有限元方法建立风力机模型,针对湍流风诱导下风力机振动,对比分析不同参数粘滞阻尼器作用下塔顶位移及塔壁应力分布.结果 表明:粘滞阻尼器可有效控制风载荷导致的风力机塔顶振动,在相对速度指数小于0.7时,随阻尼系数增大对塔顶位移控制...     

风力机偏航引起的失稳振动

根据风力机偏航系统的结构和偏航原理,建立塔架扭转振动的模型.基于塔架扭振运动方程,引入摩擦失稳因子,得出失稳条件.对滑动摩擦型偏航系统和带滚动轴承的偏航系统进行了分析,揭示了所观测到的振动现象可能为塔架扭振失稳,解释了失稳的机理,并根据实际风力机的数据进行了仿真检验.结果证明,滑动摩擦型偏航系统工作时,确有可能引起塔架扭振失稳.适当减小刹车块调节螺栓的锁紧力矩,可消除这种振动故障.