大型风力机疲劳计算方法研究

本文以塔架螺栓为例,总结了一套风力机疲劳计算的新方法,直接利用了时序疲劳载荷计算疲劳应力,相比于疲劳载荷谱或等效疲劳载荷为基础的疲劳计算,充分考虑了载荷六个力素的实时对应关系,计算结果更加精确可信,从而为风力机的优化设计提供了依据。     

基于半经验公式的风力机尾流模型研究

以瑞典航空研究院(FFA)、东京大学及荷兰能源研究中心(ECN)的风洞实验为参照,以探究半经验公式类型的风力机尾流模型为目的,验证了Jensen模型和改进Jens-en模型。采用上述两个半经验模型,编写计算程序,然后按照上述每个风洞实验的参数,设定计算条件,计算风力机下游的无量纲风速,再分别与相应的实验值进行比较。结果表明,在各自的适用条件下,上述两个模型都能比较精确地模拟风力机尾流特性。这证明上述两模型可以用于进一步研究风力机尾流效应,以进行风电场微观选址与布局优化。     

风力机三维卷吸尾流模型的研究与验证

一维线性卷吸尾流模型(LE,linear entrainment)基于质量守恒和动量守恒建立,这有利于提高尾流预测精度,但其假设尾流呈顶帽形状分布。采用余弦形状来修正尾流速度的径向分布,湍流强度经验公式来修正尾流模型,提出二维余弦LE尾流模型(2DCLE,two-dimensional cosine linear entrainment);然后,考虑风切变影响,将二维模型拓展到了三维模型(3DCLE,three-dimensional cosine linear entrainment)。通过风洞试验和2个外场试验案例验证三维模型的精度。研究结果显示,与传统模型相比,3DCLE模型能够更加精准地预测横向和垂向的尾流速度亏损,最大误差和最小误差均最小。     

基于格子玻尔兹曼方法的风力机尾流特性研究

为研究风力机尾流特性,采用基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)和大涡模拟方法(large eddy simulation,LES),通过壁面自适应局部湍流模型数值模拟New MEXICO (model rotor experiments in controlled conditions)风力机尾流并验证模型。然后研究不同入流湍流强度及动态入流条件下NREL 5MW (National renewable energy laboratory)风力机尾流结构。结果发现：LBM模型准确模拟了实验风力机轴向和径向速度分量及涡量分布,但是叶片中段附着涡耗散偏快;高湍流入流工况下,叶尖涡和叶根涡更早发生破坏;动态入流工况下,风力机尾涡耗散速度随着入流风速增加而变慢,螺旋结构的涡间距增大,尾涡持续距离变长,尾流膨胀效应减弱。入流风速变化10s后稳定,风力机的推力系数保持剧烈波动。     

风力机支撑结构疲劳损伤评估中的不确定性分析EI北大核心CSCD

风力机支撑结构所处的环境条件复杂,其振动特性和疲劳问题是决定风力机安全运行的关键因素。通过对1.5MW风力机的环境数据和塔底应变进行长期监测,研究风力机设计规范给出的疲劳计算方法中未涵盖的一些关键问题。首先,分析风速与塔底应力的关系。然后,使用雨流计数法和Palmgren-Miner准则,研究在相差不大的风速和风向下,转速对塔底应力和疲劳损伤的影响。结果表明:风力机停机时的塔底应力较叶轮旋转时小得多,产生的疲劳损伤也最小;启停机过程会使塔底应力呈现非平稳特征,强烈影响结构的应力幅值和疲劳损伤。此外,分析代表性样本的不同选择对损伤结果的影响。因此,在疲劳损伤评估时,应更加准确地定义荷载工况并选择合理的代表性样本。     

基于虚拟叶片模型的阵列风力机尾迹研究

研究考虑尾流效应的风电场气动控制策略优化技术,减少风电场尾流效应,是当前风电技术研究的热点之一。基于VBM模型研究了1.5 MW同轴阵列风力机和9台错列或顺列布置风力机的尾流效应及气动偏航控制策略。通过调整风机偏航角度,改变尾流流动方向,得到了偏航角度对上下游风力机性能及全场功率水平的影响。研究发现,偏航控制可将尾迹偏离下游风轮中心位置,对上游风力机使用基于偏航的控制策略尾迹偏移效果显著。对于同轴阵列风力机,当上游风力机使用偏航控制时,上游的输出功率减小,但下游的输出功率增大,25°偏航控制时,下游风力机功率可增大59.1%。     

基于尾流效应的双馈式风电场动态等值模型研究

针对风电机组间尾流效应对风电场并网点输出特性有较大的影响及常用的风电场单机等值模型误差大的问题,提出了考虑尾流效应的多机等值风电场动态等值模型。该方法计及Jensen模型作为风电场划分判据,将各组群进行独立等效。最后以电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC为分析平台,搭建了双馈风电场详细模型和两种等值模型。通过比较风速波动情况下和故障情况下风电场等值模型与详细模型的并网点输出特性,验证了所提方法的准确性和适用性。     

基于风力机尾流排斥的平坦地形风电场微观选址优化

平坦地形风电场微观选址的优化研究中,常采用带有随机量的元启发式算法,这些算法难以达到全局最优,优化效率较低,且通常需要通过划分网格、增加约束才能得到稳定解。针对这些问题,文中提出了一种专门针对平坦地形风电场微观选址的高效且有稳定优化解的元启发式算法——风力机尾流排斥优化算法。参考范德华力原理,提出了风力机尾流排斥力的概念,用于描述风力机在尾流作用下的相互影响:2台风力机之间尾流作用越大,风力机尾流排斥力也越大。在算法优化过程中,风力机会在风力机尾流排斥力的作用下向使尾流减小的方向不断移动,直到达到最优解。仿真结果表明:风力机尾流排斥优化算法不需要网格约束,优化效率高,能得到确定的优质解,且优化结果符合实际工程要求。     

基于改进Miner累积损伤理论的输电线路疲劳损伤评估方法

输电线路振动会导致线路的疲劳损伤,从而影响到该输电线路的使用寿命。本文在线性累积损伤理论定量估算输电线路疲劳损伤的基础上,提出了修正S-N曲线的改进损伤估算方法,其主要步骤包括：选定需要评估的输电线路、然后结合该线路改进后的疲劳性能S-N曲线以及OPGW振动事件数据反馈,采用Miner累积损伤理论来评估输电线路疲劳损伤与风险。最后将计算结果与运行数据进行对比,从而科学的评估输电线路的使用寿命,为运维人员提供决策依据。计算结果表明,使用该方法对线路疲劳损伤进行评估,结果更贴近真实情况。     

基于风电场动态时空关系的风速分布模型研究

通过测风塔风速和风向数据计算风电场各机组的动态空间位置,基于Matlab平台在综合风电机组尾流效应和时滞效应数学模型的基础上,建立了风速在各台风机上的分布模型。算例以实际风电场为研究对象,将测风塔的实测数据输入该模型计算场内各风机风速,分析了尾流和时滞因素对风速模型及风电场出力的影响,结果表明尾流降低出力、时滞平滑出力。最后将风速模型转换成全场输出功率模型,并与风电场实测出力数据进行比较,验证了所建风电场风速模型的有效性。     

风剪切和动态来流对水平轴风力机尾迹和气动性能的影响

对风剪切和动态来流情况下NREL Phase VI风力机尾迹结构和气动性能进行计算。计算方法采用基于Weissinger-L升力面模型和时间推进自由尾迹模型的涡尾迹方法。应用所建立的方法对轴流工况时风力机的气动性能进行计算,并与实验数据进行比较,验证了模型的有效性。之后对不同来流风,包括稳态风剪切、极端垂直风切变和极端运行阵风时风力机的尾迹结构和气动性能进行计算。结果表明,风剪切使得叶片在旋转周期内经历变化的风速,导致尾迹结构不对称,叶片载荷随时间周期性波动;非稳态来流时,尾迹结构非对称性更明显,载荷波动更大,风力机疲劳载荷增加。计算结果能够为风力机优化设计提供支持。     

基于高斯模型的海上风电场尾流效应评估及偏航优化

风电场尾流效应可导致位于下游方位风力机处来流风速减小,进而造成全局出力下降.为准确评估尾流效应对全局出力影响,提出一种基于蒙特卡洛抽样的尾流效应评估方法.首先在现有单尾流模型的基础上考虑尾流叠加效应,然后在MATLAB环境下构建三维高斯尾流叠加模型,最后以此为基础,引入蒙特卡洛随机抽样评估尾流效应对风电场出力的影响.仿...     

基于累积损伤理论的铝电解电容疲劳损伤估算方法

基于线性累积损伤理论提出了一种使用累积损伤度的电解电容疲劳损伤评估方法.文中分析了电解电容的老化机理、老化过程中的主要影响因素以及老化过程的线性累积效应,以纹波电流热效应的累积值作为衡量电解电容疲劳极限和疲劳损伤的量纲对损伤度进行计算,根据对不同纹波电流损伤度进行求和所得到的总体累积损伤度对电解电容的疲劳损伤情况进行直...     

基于LABVIEW的HHT法疲劳损伤时频分析

在LABVIEW平台上利用希尔伯特-黄变换方法,对某型飞机的垂尾整流罩系统的前支架在随机载荷作用下的振动疲劳试验数据进行时频联合分析,得出前支架的一阶固有频率及其上应变值在试验最后300s的变化趋势,从而为研究其上疲劳裂纹的产生和扩展提供参考数据,并最终判断支架的试验疲劳寿命为4525s.同时将HHT法与短时傅里叶变换...     

基于电热耦合模型和寿命预测的IGBT可靠性评估

针对IGBT可靠性评估中结温与运行工况和工作特性紧密相关的问题,以及考虑寿命预测中受多因素的影响,基于IGBT结构及失效机理,提出基于电热耦合模型和Bayerer寿命预测模型的IGBT可靠性预测流程,并结合贵州大学城市配电网柔性互联关键设备及技术研究示范工程,以MMC和DAB换流器中IGBT模块为研究对象,建立其热网络...     

基于线性累积损伤模型的变压器绝缘寿命评估

基于电力变压器在不同应力下的劣化作用机制,分析了电、热、机械应力等因素作用下的各种劣化模型,总结了不同应力作用下变压器劣化累积效应的共性规律,建立了变压器在时变工作应力和随机应力共同作用下的线性累积损伤模型LCDM,对变压器绝缘寿命进行评估,并利用试验数据验证了该模型的有效性。     

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明：8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。     

基于功率灵敏度的动态等值模型可信度量化评估方法

为准确判断电力系统动态等值模型的有效性,提出了基于功率灵敏度的等值模型可信度量化评估方法。介绍了功率灵敏度的基本概念,推导了计及感应电动机负荷的系统功率灵敏度矩阵,指出电力系统动态响应本质上取决于动态元件相互之间传输功率的灵敏度。根据等值系统的特点,分析了等值前后功率灵敏度矩阵之间的关系,给出了研究系统内部及研究系统与外部系统之间的功率灵敏度误差,定义了等值模型可信度。以IEEE 10机39节点系统为例,分别计算了不同等值模型的可信度。仿真结果表明,该指标准确并量化地反映了动态等值模型的有效性,对于不同等值模型具有良好的辨别能力,且计算量小,可有效应用于等值模型校验。     

基于应力系数非线性的动态缆疲劳分析

对中国南海某油田一动态缆进行水动力分析,使用有限元法计算动态缆截面应力分布,应用Miner线性损伤累积理论对动态缆进行疲劳分析并通过样缆疲劳试验对得到的结果进行验证.结果表明,基于应力系数非线性的方法预估出的疲劳寿命结果比线性方法计算出的结果更加保守.     

计及疲劳损伤的多时间尺度风电变流器IGBT可靠性评估

现有的风电变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性评估方法在计及疲劳损伤时无法兼顾计算效率与准确度,为此提出了一种多时间尺度可靠性评估算法.首先,基于监测控制和数据采集(SCADA)数据建立风速的威布尔概率分布模型,依据风电变流器拓扑结构推导IGBT模块的电热耦合模型,并引入了常用的寿命预测模型;其次,对风电变流器...