重力回位型风力机限速机理的分析

该文揭示了重力回位型风力机侧偏过程中的风轮侧偏、尾翼气动力及重力回位的产生机理,推导出其力矩的精确计算公式,并给出一种风力机调速机构的设计方法;在力矩动态平衡的条件下,对300 W风电机组的限速控制机构进行设计计算,结果表明该设计符合重力回位调速的要求,对今后重力回位调速型风力机的设计和优化具有较重要的实用价值。     

风力机重力调速机构主要特征参数的优化实验研究

推导出自制重力调速机构平衡方程;详述机构主要特征参数选取原则,确定机构尾舵质量、尾杆长度、后倾角及侧倾角4个参数为优化对象。依托Matlab软件,设计L_(25)(5~6)正交实验表。搭建车载实验平台,对25组正交数据进行实验,用统计学R软件分析实验结果。结果表明:侧倾角对风力机调速影响最显著,后倾角、尾舵重量、尾杆长度的影响相对较弱;后倾角12°、侧倾角5°、尾舵质量2 kg及尾杆长度0.4 m为最佳组合。在最佳状态下,车载实验功率波动率ξ平均值为5.16%,风轮侧偏角随时间的变化呈对称抛物线分布,可以保证大风时电机输出功率维持在额定功率附近。     

小型水平轴变偏心距风力机功率调节方法研究

针对分布式和微电网系统要求小型风力发电机组的发电负荷可调的需要,提出一种小型水平轴风力机可变偏心距主动侧偏式功率调节方法,介绍机构的组成,分析改变偏心距使风轮侧偏产生机理,给出偏心距与风轮侧偏角度的表达式。通过改造1.5 kW上风向水平轴风力机,在风洞中进行稳态风的变偏心距风力机功率输出特性实验,结果表明该机构可满足水平轴风力机功率调节的主要要求,为进一步将该机构用于商用小型风力机功率调节奠定了理论和实验基础。     

基于动态面控制的液压型风力发电机组稳速控制研究

针对液压型风力发电机组液压调速系统稳速控制问题,建立了风速、风力机特性数学模型和定量泵-变量马达液压调速系统的关键参数状态方程.提出了一种基于动态面控制的稳速输出控制方法,并对其控制律进行推导分析,采用动态面控制原理对变量马达转速进行多闭环控制,并对30kVA液压型风力发电机组进行了仿真和实验研究.结果表明:该方法具有较好的控制效果,对风力机输入的时变性和不确定性具有良好的抑制作用,实现了机组的稳速控制.     

小波包分析和神经网络在风电机组变频器故障诊断中的应用

由非线性电力电子装置组成的风力机变频器一旦发生故障,其故障特征信息不容易被提取和识别。为此,提出了一种基于小波包分析和Elman神经网络的电力电子装置故障诊断的方法,先运用小波包分析法提取电力电子装置电路在不同故障状态下电压及电流信号的特征信息,然后对数据进行归一化处理并作为Elman神经网络的输入,由具有智能学习功能的神经元故障分类器完成故障识别和定位。以典型的风力机交—直—交变频器为例,在Matlab软件下建立电路模型对一次侧故障进行仿真实验,结果表明采用该方法可以快速、准确地完成故障诊断。     

1.5MW风力机叶片变形的分析

影响风力机叶片变形的载荷源主要是空气动力载荷、离心力载荷以及重力载荷。讨论了一种风力机叶片变形的计算方法,首先将叶片简化为悬臂梁进行初步分析并得出剪力和弯矩,然后进一步将悬臂梁离散化,通过对离散化节点的分析得出叶片各截面的变形。静载实验针对某1.5MW叶片的6个截面展开,测试了某叶片模型在其设计风速时各剖面的变形量。通过实验验证计算方法的可靠性,并对实验和计算结果进行对比分析。     

1.5MW风力机叶片变形的分析

影响风力机叶片变形的载荷源主要是空气动力载荷、离心力载荷以及重力载荷.讨论了一种风力机叶片变形的计算方法,首先将叶片简化为悬臂梁进行初步分析并得出剪力和弯矩,然后进一步将悬臂梁离散化,通过对离散化节点的分析得出叶片各截面的变形.静载实验针对某1.5MW叶片的六个截面展开,测试了某叶片模型在其设计风速时各剖面的变形量.通过实验验证了文中计算方法的可靠性,并对实验和计算结果进行对比分析.     

大型风力机液压变桨机构建模分析

对大型风力机液压变桨距机构进行建模并对其工作特性进行深入分析。仿真结果表明,该模型真实反映了风力机在风速高于额定风速时液压变桨距机构的动态特性,为深入研究风力机的功率控制和最大能量捕获提供了可能。     

基于实测风数据的风力机设计与改进研究

在对调研地区风能资源进行观测和统计的基础上,基于Wilson理论和Matlab编程语言对25kW定桨距直驱式风力机进行设计和仿真,并提出通过增大风轮直径、采用低速发电机可提高风力机在低风速地区的发电量。仿真结果表明:高风速风力机不适合在偏低风速地区使用,需以当地实测风资源统计结果为依据进行风力机的设计和选型工作;增大风轮直径、降低额定转速可将风力机额定功率点提前,增加风力机在低风速段的发电量。本文设计的风力机相比当地已使用的同型风力机在该地区的年发电量更大。     

组合型垂直轴风力机气动特性的模拟计算与实验研究

为改善直线翼垂直轴风力机在低风速下的起动性,设计一种以Savonius风轮作为起动机与直线翼垂直轴风力机相组合构成的组合型垂直轴风力机。首先采用空气动力学原理和风洞实验经验结果设计开发垂直轴风力机空气动力特性计算软件,并进行风力机性能模拟计算,然后利用风洞实验测试组合型风力机和单独型直线翼垂直轴风力机的力矩和功率特性。将实验结果与采用气动模拟计算出的风力机气动特性结果进行对比分析,结果表明组合型风力机可在较低风速起动,可改善直线翼风力机起动特性,且最大功率系数有一定提高。但在高风速下,在风速大于8.0m/s时,组合型风力机的功率特性开始降低,特别是10.4m/s以后,阻力风轮对风力机的功率输出产生一定影响。     

基于叶片应变感知的风力机动态风向跟踪算法

在风力机运行过程中,偏侧风状态会导致风能利用率降低,同时降低风机的疲劳寿命。在动态风向变化下,随着侧风角度的变化,风力机叶片上的应变信号存在着规律性变化趋势,但由于应变信号呈现出非平稳、非线性和多种频率成分叠加的复杂特性,使得通过应变信号来揭示侧风角度变化规律有一定难度。文章提出了一种基于应变感知和BP神经网络的风力机风向追踪算法（SPWDP）。首先,通过设计风力机叶片应变测试方案,采集侧风角度变化下的叶片表面的多点应变数据,对应变信号进行变分模态分解（VMD）,将叶片应变随侧风角度变化的规律提取出来,定义为风向-应变的特征;然后,使用BP神经网络作为建模算法,对风向-应变特征进行学习,并使用粒子群算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化;最后,得到动态风向跟踪模型。经风洞实验数据验证,所提SPWPD算法在风力机侧风风向判断上具有可行性。     

小型风力机大风限速方法的发展与研究现状

总结了小型风力机常用的大风限速方法的发展与研究现状,介绍了具有风轮侧偏机构的风力机和被动变桨矩风力机的结构动力学的研究进展,以及尾舵空气动力学和结构动力学的研究现状.     

风力机中央主弹簧离心变桨装置

阐述了风力机的调速问题和变桨距调速原理;从简化变桨装 置的结构,提高风力机调速的可靠性入手,介绍了中央主弹簧离心变桨 装置的设计特点。     

风力驱动压缩制冷（制热）系统的研究

提出一种风力机直接驱动制冷压缩机的制冷(热泵)系统,研究其可行性及风力机与制冷压缩机的匹配关系.通过在风力机与制冷压缩机之间设置一个变速机构,使得风力机转速能与制冷压缩机转速匹配;以风力机功率特性为基础,绘制了风力机扭矩特性图;通过比较风力机功率、扭矩特性与制冷压缩机功率、扭矩特性,分析了不同风速下风力机与制冷压缩机的匹配关系;通过建立实验装置进行了实验研究.研究结果显示:变速机构的变速比对制冷系统的启动风速、制冷量以及制热量有较大影响;通过适当选择变速比及其变化规律,风力机完全可以驱动相同功率的制冷压缩机.     

风能利用技术讲座(三)风力机的基本结构

风力机是把风的动能转换成机械能的机械设备。风力机通常由风轮、对风装置、调速（限速）机构、传动装置、作功装置、储能装置、塔架及附属部件组成。本讲以水平轴升力型风力机为例，介绍风力机的基本结构。１风轮风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。风轮一般由叶片、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（图１）。叶片横截面形状有３种：平板型、弧板型和流线型。风力发电机叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板…     

风力机尾缘襟翼结构参数优化及控制性能分析

为研究适应不同风况下的尾缘襟翼最优结构参数,以NREL 5MW风力机为参考对象,对FAST进行二次开发,在Matlab/Simulink上搭建了带尾缘襟翼的风力机气动弹性伺服仿真平台;以11.4m/s稳定风为例,综合考虑尾缘襟翼位置、长度、占弦比及摆角范围对风力机载荷抑制及功率捕获的影响,提出了基于正交设计的大型智能风力机尾缘襟翼的参数优化方法,得到一组最优的尾缘襟翼结构参数;研究了标准湍流风况下尾缘襟翼控制对风力机动态性能的影响.结果表明:尾缘襟翼不仅可显著降低叶片的疲劳载荷、减少变桨机构动作,还可有效抑制风力机输出功率的波动.     

基于Matlab/Simulink的风力机性能仿真研究

随着风力发电技术的发展,变速风力发电技术成为了风力发电发展的趋势。风力机作为变速风力发电机组的重要部分,其性能影响到风力发电机组的整体性能。根据变速风力机的静态性能特点,采用Matlab／Simulink软件对其进行建模,并给变速风力发电机组风力机输入模拟变速风速进行仿真研究,给出了风力机的静态性能数据和仿真波形。结果表明：通过调节影响风力机性能的各因素,保持发电机的转速与主导风速之间特定的最优比例系数,使得风力机保持在最佳叶尖速比下运行,跟随变速风速可实现最大风能捕获;对变速风力机的静态性能研究建模方法是正确可行的。     

基于等效实度法的直叶片垂直轴风力机风能利用系数分析

以叶素-动量理论为基础建立垂直轴风力机的矢量气动模型,分析叶片在360°圆周上的静态动力学特性及在各个方位角下叶片的转矩与功率,提出基于等效实度法的直叶片垂直轴风力机风能利用系数计算方法。借助Matlab对垂直轴风力机风能利用系数进行数值计算,并通过样机对所提方法进行测试,测试结果表明样机的实际风能利用系数与数值计算结果相接近,由此验证所提方法的有效性。     

海上风力机变桨控制策略仿真研究

基于开源软件FAST与Matlab/Simulink联合仿真平台,将干扰自适应控制(DAC)应用于海上风力机变桨控制,并与FAST基础控制进行对比,分析不同控制对海上风力机漂浮稳定性的影响,并提出一种改进的DAC,研究其对海上风力机漂浮式平台及风轮转速的影响。结果表明:与FAST基础控制相比,在DAC下海上风力机风轮转速更稳定,但其漂浮稳定性差;DAC对海上风力机漂浮稳定性的影响主要集中于纵荡和纵摇方向;与DAC和FAST基础控制相比,改进的DAC更适用于海上风力机变桨控制。     

风道式风力发电机迎风及调速方法

为降低风道式风力发电机的成本,提出了一种风力发电机迎风及调速方法。在风道装置始终正对风向的条件下,由于偏心机构和凸轮机构的共同作用,在风速低时,风轮正对着风向,在风速超限时,风轮相应侧偏,以限制风轮转速。基于空气动力学基本理论,推导出其结构参数的表达式,并叙述了各结构参数的选取原则。该方法可有效地起到大风限速的作用,提高风力发电机工作的稳定性。该调速机构结构简单、成本低,安装维护方便。