考虑风向影响的风速随机模型研究

为了研究风力发电系统控制、功率输出估计及动态特性需同时考虑风速和风向的随机特征,建立考虑风向影响的风速模型.根据Box-Jenkins的建模思想,以样本相关分析为出发点,并借助于样本典型相关分析的有关概念及分析方法,建立了考虑风向影响的合成风速模型.在Matlab/Simulink仿真平台上对风速模型进行了仿真;实现了与电力系统分析程序DIgSILENT/PowerFactory的接口;通过仿真验证所建模型的合理性.     

考虑风向动态变化下风力机塔架应力特性分析

以课题组自行研制的风力机为研究对象,通过动态旋转平台模拟风向动态变化,研究在风向动态变化情况下塔顶和塔底的应力变化情况,同时分析风向动态变化对塔架应力的影响。对比发现：随着风向变化角速度的增大,最大主应力值呈先增大后减小的趋势,风向变化角速度为0.5（°）/s时最大主应力值变化程度最小,风向变化角速度为1（°）/s时,塔架稳定性最不利。随着风向变化角度的增大,最大主应力值先增大后减小,且最小主应力值随风向变化角度的增大而减小,风向变化角度为60°时最大主应力值最小,风向变化角度在30°以内应力波动较明显。     

风向变化对风力机尾流影响的数值分析

为了探究风向变化对风力机尾流的影响,选取NREL 5MW风力机建立模型,采用Fluent软件在额定工况下对单台风力机及风向变化时的2台风力机进行数值模拟,并对比其输出功率及尾流的流动情况.结果表明:当风向变化角为0°,即串列排布时,上游风力机对下游风力机的影响很大;随着风向变化角由5°增大到10°,上游风力机对下游风力机的影响逐渐减小,下游风力机的功率减小率由7.53%减小到4.24%,输出功率明显增加,可见风向变化对风力机尾流有影响.     

风向角变化量的Lorentz分布规律研究

基于雷达实测风向数据,采用统计学方法,通过拟合曲线和回归分析中拟合优度的对比,证明可用Lorentz分布函数来描述风向角变化量的分布.研究结果表明:相对于用Gauss函数描述自然风角度变化量的概率密度,用Lorentz分布来描述风向角变化量概率密度分布与Logistic分布的拟合优度基本相同,更符合风向角变化量的分布规...     

大型下风向柔性叶片参数化建模及两目标优化设计

为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战,利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型,以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象,基于快速非支配排序遗传算法开展单机年发电量最大和叶根挥舞弯矩最小的两目标下风向叶片优化设计,得到符合预期的Pareto最优解集。取解集中3套具有代表性的最优解进行分析,由于下风向离心力矩可抵消一部分挥舞弯矩,所以叶根挥舞弯矩均有大幅降低,其中A叶片以牺牲0.963%年发电量的代价,使其叶根挥舞弯矩和叶片挥舞刚度分别减小7.951%和27.071%,可实现大型下风向柔性风轮的轻量化优化设计。以选取的3套叶片为基础,分析弦长、扭角、挥舞刚度对优化目标的影响机制,发现叶片挥舞刚度参数对两优化目标的影响最大。     

计及随机波动风速、风向的风电场建模方法研究

提出风电场建模方法建立风电场随机模型,对风电场运行特性进行仿真,为实现大规模风力发电的可预测、可控制目标服务。通过对风电场等值模型与详细模型的仿真比较,验证建模方法的合理性,并得出在研究风电场动态特性及其对电网影响时应考虑风速、风向的随机波动建立风电场模型。     

考虑风速、风向变化及尾流效应的风电场建模

对风电场建模过程中,确立准确的输入风速模型至关重要。风电场中机组排列密集,风机之间存在尾流效应使得各台风机的输入风速不可能完全相同,尾流效应的强弱与很多因素有关,如:风速、风向、机组的排列布置等。利用MATLAB程序实现在不同风速、风向、风机排列情况下输入风速的计算,模拟实现对风速、风向变化情况下风电场的快速建模。可以较准确地描述出当风速、风向变化时风电场功率输出的变化。通过仿真验证了此方法的正确性,该方法的可移植性高,可用于各种规模风电场输入风速模型的计算。     

考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构风致疲劳寿命评估

针对风向对风力机塔筒疲劳产生影响的问题,基于实测数据对考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构的风致疲劳寿命展开研究。首先结合甘肃安西地区37 a的实测风速风向数据,给出风速风向联合概率分布。然后利用主S-N曲线法分别对不同风向和不同风速下风力机塔架结构法兰及门洞区域的响应规律进行分析。最后考虑风速风向联合概率分布,对风电塔筒结构风致疲劳寿命展开研究。结果表明：门洞朝向与风轮朝向的夹角变化和风速的改变均对风电塔筒的风致疲劳寿命有一定影响,其中门洞朝向与风轮朝向夹角为225°时疲劳寿命最长,风速为10~14 m/s时疲劳寿命变化幅度最大;考虑风速风向联合概率分布能更准确地计算风力机结构的风致疲劳寿命,且以此为依据对门洞朝向进行调整可延长其疲劳寿命,因此建议对风电塔架进行设计时,应考虑风电场所在地区的风速风向联合概率分布。     

不同风向扇区相关对风资源评估中数据订正的影响

以内蒙古地区某风电场风资源分析为例,探讨采用常规的16风向扇区风速相关方法和简化后的8风向扇区和4风向扇区方法对代表年风速的订正所产生的误差情况,结果表明:4风向扇区风速相关性优于8风向扇区风速相关性,两者又都优于16风向扇区风速的相关性;采用4风向扇区和8风向扇区风速相关性进行修正得到的代表年月平均风速的结果与16风向扇区风速的相关性进行修正得到的代表年月平均风速的结果一致.     

基于风向预测的新型偏航控制方法

提出一种基于风向预测的新型控制方案,该控制方案涉及一种新颖的控制结构,包含风向预测模型和新型偏航控制.在上述控制结构下,利用基于自回归综合移动平均线的卡尔曼滤波模型来预测风向,同时提出一种基于有限控制集的模型预测控制方法.为证明所提方案的可行性和优越性,开发一种新型偏航控制器并用工业数据进行仿真测试,然后将其性能与工业...     

风速差异条件下的风电场自适应频率响应控制方法

提出一种适用于大型风电场的自适应频率响应控制方法,使风电场能参与电力系统频率调节.低频事件发生后,每台风电机组的下垂控制系数均根据其本地实时风速和功率裕度呈反比例自适应调节.高频事件发生后,每台风电机组的高频响应控制增益随其本地实时风速自适应调节.由此,风电场频率响应支撑功率可自适应的在多台风速各异的风电机组之间实现合...     

计及齿轮全柔性的风电机组传动链有限元建模及扭振特性分析

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结合叶片、轮毂、主轴和发电机转子,建立风电机组传动链多柔体有限元模型。其次,基于有限元模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的分析方法,获取计及齿轮全柔性影响的风电机组中、低频范围的扭振模态,并与不同传动链模型结果进行比较,验证该文所建模型的有效性。最后,分别分析不同齿轮柔性和齿轮啮合柔性对传动链扭振频率和模态的影响。结果表明,该文所建模型不仅能反映传动链扭振固有的低频频率,而且能反映弯扭耦合产生的中频扭振频率,且相比齿轮啮合柔性,齿轮柔性系数影响传动链高频扭振特性明显。     

风电参与投标竞争的多能源市场博弈分析

在能源互联网框架下,利用电、气等多能源互补特性有助于缓解风电等可再生能源随机波动的不利影响.为弥补风电开发商在日前市场的投标偏差,首先给出一个考虑电力与天然气等多种能源的市场交易框架,其中参与日前电力市场竞争的风电开发商分别通过电转气(P2G)设备和燃气机组进行能源转换,处理风电实际出力过剩和不足这2种情况.然后建立风...     

永磁同步风电机组发电机定子温度建模方法

针对山地风电场大型永磁同步风电机组发电机定子温度的变化特点及传热过程进行分析,提出一种基于风电机组SCADA数据的发电机定子温度建模方法。首先,分析风电机组在实际运行过程中定子温度的变化情况;然后,根据永磁同步发电机内部的传热过程,对发电机定子温度建模;最后,采用风电机组正常运行时的SCADA数据求解模型参数。实例分析表明,风电机组状态正常时,定子温度估计的平均误差绝对值为0.59 ℃,模型精度较高;风电机组状态异常时,模型温度估计的平均误差绝对值为5.17 ℃,精度显著降低。     

近海区域风速数值模拟试验分析

在可持续能源发展战略的实施中，风能等可再生能源的开发利用是重要的战略选择。其中风能资源的评估是其开发利用的关键，如何利用有限的观测资料进行资源评估和分析就成为迫切需要解决的问题。该文利用中尺度气象模式MM5对海上风场进行模拟分析，模拟结果在风的分布趋势很好与多年平均实况吻合，为我国海上风资源的开发利用提供有力的科学依据。     

计及电网频率偏差的双馈风电机组频率控制策略

针对电力系统发生大扰动时,双馈风电机组采用现有下垂控制方法不能充分利用自身旋转动能为电网提供频率响应服务,提出一种计及电网频率偏差的变系数双馈风力发电机组频率控制策略。该方法通过将下垂系数与电网频率偏差耦合,可根据电网频率变化量灵活地调节下垂系数,实现在系统发生大扰动时风电机组更有效地为电力系统提供频率支撑,并借助EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,在不同风速场景下,当电力系统发生不同扰动时,双馈风电机组采用该策略均可有效提升自身频率响应能力,减少系统最大频率偏差,特别是在大扰动场景下,效果更加明显。     

考虑潮汐影响下浅水浮式风电结构动力响应研究

以OC4-DeepCWind半潜式风电机组基础和NREL的5 MW风电机组为研究对象,考虑浅水环境条件和潮汐影响,进行浮体水动力分析和系泊布置方案设计,对风电机组-浮体-系泊耦合系统进行整体动力响应分析。研究结果表明,在浅水条件下,浮体水动力特性和系泊回复刚度受水深影响显著,且在水深与结构的吃水比过小时,结构物与海底之间相对流速增大也会对结构物的安全性能产生不利影响,在结构设计阶段需特别考虑。     

基于幂律过程的风力机故障建模方法研究

针对传统风力机故障建模方法存在的适用条件不符、误差较大等问题,提出一种基于幂律过程的风力机故障建模方法.首先对风力机故障数据进行趋势检验,结合故障数据的非齐次泊松特点,建立基于幂律过程的风力机故障模型;然后分别利用最小二乘法、极大似然估计法及列文伯格-马夸尔特算法求解模型参数,并比较不同参数估计方法的优越性;最后通过求...