风切变指数对于风电机组载荷特性影响研究

分析风切变指数对风电机组机械载荷特性的影响,并以某2 MW风电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同风切变情况下的载荷数据进行分析。研究风切变指数对风电机组极限载荷、疲劳等效载荷的影响。最后运用GH Bladed软件,对相同外部条件不同风切变指数下的风电机组载荷进行仿真计算,验证风切变指数与风电机组载荷特性之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件载荷特性与风切变指数强相关,且随着风切变指数的增加,极限载荷与疲劳等效载荷也随之变大。风切变指数的增长率与极限载荷增长率、疲劳等效载荷增长率均呈现二次函数关系,且风切变指数每增加约5%,极限载荷增加约0.1%,疲劳等效载荷增加约0.5%。     

特定场址条件下风电机组载荷适应性评估

考虑特定场址环境条件对于风电机组载荷与结构安全特性的影响,基于某3 MW双馈型风电机组载荷模型,运用GH Bladed软件对不同场址环境条件下的风电机组载荷进行仿真计算,形成特征环境条件下载荷特性数据库。分析各环境条件参数对风电机组关键部件极限与疲劳载荷的影响特性。基于特征载荷数据库,运用BP神经网络预测方法,建立特定场址条件下风电机组关键部件极限与疲劳载荷预测模型,并将模型预测结果与仿真结果进行比对。结果表明,基于BP神经网络的风电机组极限与疲劳载荷预测结果误差在6%以内,该方法对于不同场址条件下风电机组载荷与结构安全性评估具有普遍适用性。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

风电机组载荷计算的外部风速条件模拟研究

针对大型风力发电机组设计中的风速条件进行了模拟研究,利用Bladed软件进行了仿真和载荷计算,研究内容包括风切变、塔影、上风向尾流、三维湍流、瞬时风速等建模问题.结合沈阳工业大学承担"863"项目--SUT-1000 MW级变速恒频风电机组的研制,进行了IEC标准下各级负载级别的载荷计算.     

利用LMS SWT软件进行风电机组载荷计算

本文利用LMSSWT软件建立风电机组参数化整机模型,进行Cp曲线分析、模态分析和载荷计算,并将计算结果与Bladed软件的计算结果进行了对比,为风电机组载荷仿真提供参考。     

基于粒子群优化的无载荷传感器风电机组独立变桨距控制

提出一种利用预测载荷进行独立变桨距控制的方法,应用叶素理论进行载荷预测,对测量风速以及受风剪效应和塔影效应影响的轮毂风速进行修正,使载荷计算更加准确;应用粒子群算法进行桨距角优化控制,优化搜索中通过对目标函数的选取和相关参数的设定保证控制的实时性.应用Bladed软件对某1.5MW变桨距风电机组进行仿真.结果表明:所提出的独立变桨距控制方法可在保证功率控制的同时实现载荷控制,能有效减小风轮不均衡载荷,降低机组疲劳载荷.     

横向布置单桩潮流能水轮机的数值模拟研究

文章以单桩潮流能水轮机为研究对象,通过数值计算的方法对横向布置下两台单桩潮流能水轮机的尾流场及机组性能进行研究。通过对比不同横向间距下单桩潮流能水轮机的尾流场,获得了横向间距对潮流能水轮机尾流场的影响规律。数值计算结果表明:单桩结构会改变水轮机的纵向尾流场,但对横向尾流场的影响较小;随着横向间距的改变,机组的功率系数和推力系数的变化幅值不超过0.01;横向间距对机组的横向尾流场也造成了影响,导致各个机组的尾流中心偏向两个机组的中间位置,且随着横向间距的增大,机组u/U0低于0.9的范围随之增大,幅值可达0.26D。     

风电机组塔架极限风载荷计算及对比研究

以某2 MW水平轴风力发电机组为计算模型,分别采用GH Bladed软件和日本《风力发电设备塔架结构设计指南及解说》对该风电机组塔架的极限风载荷进行计算,并研究在正常发电工况和暴风工况下2种计算方法的差异。结果表明,由2种计算方法得到的正常发电工况下的极限风载荷均大于暴风工况,由GH Bladed软件得到的极限风载荷计算结果偏大。造成极限风载荷差异的主要原因是2种计算方法的风况条件、工况种类及理论基础不同造成的。对于风力发电机塔架这种典型的"高鸡腿哑铃式"高耸结构因其塔顶部位受风轮、机舱的影响较大,采用GH Bladed软件计算结果更精确。     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

串列不等直径水平轴风力机气动性能研究

为研究上游风力机叶轮直径增大和轮毂高度抬升对下游风力机气动性能影响,采用计算流体力学方法对串列水平轴风力机三维流场进行模拟,以揭示上游风力机叶轮尺寸增大和轮毂高度抬升对下游风力机气动性能影响规律。研究结果表明：增大上游风力机叶轮直径,会削减下游临近机组输出功率,增加机组在低频,1倍、2倍、3倍轴频推力脉动,增大机组疲劳载荷;随着风力机间距的增加,增大叶轮直径对12D范围外机组输出功率影响可忽略不计,但机组疲劳载荷在低频和1倍轴频仍有明显的增大。抬高上游机组轮毂高度,机组较近时,可使下游风力机避开一部分尾流,显著提高下游风力机的输出功率,但也会使风力机叶轮在旋转一周过程中产生较大的叶片推力脉动;当风力机间距较远时,抬高塔架高度有利于尾流恢复,进而提高下游机组输出功率,降低机组疲劳载荷。     

Kaimal和Von Karman湍流谱模型在风电机组载荷计算中的差异

本文在Bladed for Windows4.2环境下,基于Kaimal湍流模型和Von Karman湍流模型对风电机组载荷进行了大量仿真计算,根据IEC61400-1Ed.3的要求,从疲劳载荷和极限载荷外推两个角度对结果进行了统计对比,并对差异给出了评价,供风电机组设计和认证过程中参考。     

基于削峰调节的风电机组载荷优化控制技术

大型变速变桨风力发电机组在变桨距控制过程中,由于额定风速附近推力呈尖峰变化趋势,导致机组的极限载荷较大,针对该问题提出一种修正变桨动作的削峰调节控制器。将该功能编程写入外部控制器,通过Bladed软件设置不同的工况,对某3 MW风电机组进行仿真验证,仿真结果表明该控制器能够改善变桨控制的动态特性,降低关键部件的载荷,提高机组的可靠性和安全性。     

风电机组载荷计算标准的对比研究

基于GH Bladed软件,以某ⅢA直驱型风电机组为计算模型,分别采用GL 2010和IEC 2005两种标准进行载荷计算,并分析两种标准下的输入参数、计算工况、极限载荷及疲劳载荷计算结果的差异。分析表明,对于极限载荷,叶根、轮毂大部分的载荷分量,依据IEC 2005标准计算的结果较大,而塔架和偏航轴承部位的大部分载荷分量,使用GL 2010标准计算的结果更大。分析认为,极限载荷的差异是风况条件、计算方法及统计方式的不同造成的;疲劳计算结果差异不明显。为了更好模拟风场条件,并获得统计特性更加稳定的载荷结果,该文推荐使用IEC 2005标准。     

大型风电机组地震载荷计算方法优化

通过对比传统建筑物与风电机组的特性差异,提出需要考虑风电机组特性的模态振型分析方法及结合风电机组受载特性,修正地震效应的叠加方法。基于此方法对某2.0 MW风电机组进行地震载荷动力学分析,分析数据同风电机组权威软件GH Bladed 4.2数据比较表明,该分析方法可较好地计算风电机组的地震载荷,从而可为简化地震载荷计算流程提供有力技术支撑。     

台风型风电机组极限载荷与现场数据分析

针对2014年"威马逊"台风和"海鸥"台风袭击广东湛江某风电场的风电机组现场数据,进行极限载荷和现场数据分析。根据台风型风电机组GB/T 31519—2015和风电机组设计要求GB 18451.1—2012标准,采用DNV GLBladed软件,分别对标准工况和台风工况下的1.5 MW双馈型风电机组的极限载荷进行仿真,并将仿真结果与台风现场数据进行对比分析。最后探讨在台风环境下,通过优化变桨距系统的控制策略来提高风电机组安全性和可行性。结果表明,风电机组在台风工况的极限载荷远大于标准工况;台风风速和风向的极端变化是造成风电机组载荷成倍增加的主要原因;通过优化变桨距控制策略可降低风电机组在台风环境下的载荷,提高风电机组的安全性。     

风电机组测量载荷工况对比研究

为了评估风电机组的载荷测量,同时验证风电机组载荷设计计算,在1.5 MW风电机组型式认证的实际案例中,根据机组设计参数建立机组仿真模型。以型式试验中测量载荷工况为输入条件进行载荷仿真,并基于仿真载荷结果和测量载荷结果进行极限载荷的统计外推,对仿真结果与测量结果进行比较。结果表明,仿真和测量的机组载荷动态过程相似度较高,仿真值高于测量值;使用三参数威布尔分布函数描述极限载荷短期分布对测量载荷结果进行统计外推的方法是可行的,同时风电机组载荷设计计算获得了验证。     

基于尾流风速场风速矢量计算的风电场输出功率优化模型

针对尾流效应在风电机组之间产生影响的问题,为了更加合理利用风能,增加风场的输出功率,在风场面积不变的前提下对风场内风电机组进行布局优化,根据风场实际仿真数据训练建立尾流风速场风速矢量计算模型和尾流影响区域风速计算误差函数,迭代计算尾流区域的风速矢量最优解;然后,基于改进粒子群算法对粒子群进行参数密度熵分簇优化,对不同种群进行寻优,计算出最优的风场布局排列,提高计算机的计算效率;最后,通过CFD生变化时,模型能够计算出尾流效应区域的风速矢量,仿真结果及分析证明模型和优化算法的正确性。     

风轮风载荷等效系数计算方法研究

在风力发电机支撑结构设计初期,风轮的载荷多根据建筑风载荷规范确定,但建筑风载荷计算中常采用的体型系数却无法准确计算旋转机构荷载。文章首先分析了水平轴风力机叶片推力系数与体型系数的关系,然后根据功率系数计算叶片推力系数,从而获得整个风轮的风载荷,据此提出了考虑实际叶片工作效率的风轮风载荷等效系数计算方法。应用该方法对某1.5 MW水平轴风力机进行计算,并与商用软件Bladed的计算结果进行比较,结果表明,该方法能够满足风力机风载荷计算的要求,是一种精度较高、适于工程应用的方法。     

风电机组设计极端载荷外推法及其计算对比研究——关于IEC61400-1:2005版和1999版极端载荷计算研究

论文根据IEC61400-1:2005版规定,给出了大型风电机组载荷外推计算方法,并对2MW双馈式风电机组和3MW直驱式风电机组,进行了极限载荷外推的计算;同时,与IEC61400-1:1999版极限载荷要求计算的结果分别作了对比,结果分析发现无论哪种计算结果,都存在着随机性,而这种随机性对评估的准确性有很大的影响。新版IEC61400-1标准采用统计学的概率分布来描述载荷计算结果,经过算例的计算表明,这种载荷的计算比IEC61400-1:1999版的计算方法更具有科学性。     

考虑疲劳均衡的海上风电场主动尾流控制研究

海上风电场运行维护成本高,而其尾流效应影响更加突出,不但会影响风电场的发电效率,还会增大风电场内机组的疲劳载荷,增加运维成本。文章针对基于疲劳均匀的海上风电场主动尾流控制展开研究,通过GH-Bladed软件计算建立了风电机组在典型控制工况下关键零部件的疲劳损伤量数据库。其中的工况包括最大功率追踪、桨距角控制和偏航控制3种,并引用了量子粒子群算法,通过变桨和偏航两种方法进行优化控制,以实现海上风电场发电量提升和风电机组疲劳均匀的多目标主动尾流优化控制策略,降低海上风电场运维成本。仿真结果表明了所提出控制方法的可行性。