风电机组变桨轴承载荷分布研究

变桨轴承是风电机组传动与控制系统的关键部件,安装形式特殊且承受复杂的轴向、径向力和倾覆力矩等交变载荷。文中基于经典的赫兹弹性接触理论,建立了刚性套圈承受多向力和倾覆力矩的双排四点接触球变桨轴承的力学模型。在此基础上,应用弹性等理论研究套圈变形对轴承载荷分布的影响,推导轴承外载荷和滚动体接触力等载荷作用下转盘轴承内、外套圈的弯曲变形方程,联立非线性超越方程组给出了四点接触球转盘轴承分布载荷的求解方法。以某型号变桨轴承为例,分别采用刚性和柔性套圈2种模型对轴承载荷分布进行了计算和对比分析。结果表明2种模型下轴承载荷分布有显著区别,柔性套圈模型下的承载区间减小,载荷分布更加均匀,滚动体的承载能力有很大的提升。相关力学问题的研究可为变桨轴承结构设计提供必要的理论依据。     

风电机组功率特性和载荷测试场地标定方法

场地标定是量化地形对功率特性测试及载荷测试影响的一种手段。详细介绍了场地标定的具体方法,并以某风场场地标定的数据为例进行了数据处理与分析,最后综合场地标定的结果,得到了功率特性及载荷测试的最终可用扇区。     

安装误差对风电机组传动系统载荷分配的影响

为研究风电机组传动系统的均载性能,以常用的2K-H型行星轮系为对象,对包含安装误差的行星轮系有限元模型进行动力学仿真分析,得出了具体安装误差对系统载荷分配的影响。结果表明:安装误差会导致轮系在传动过程中出现"不均载",对轮齿啮合产生冲击。如果合理安装风电机组的传动系统,将能降低其对风电机组传动系统的不利影响。     

数据驱动的风电机组传动系统疲劳载荷计算与主动抑制研究

风电机组疲劳损伤导致的运维工作是影响风电场成本的关键因素。以机组损伤维护最频繁的传动系统为研究对象,分析了机组运行工况与其结构损伤等效载荷的耦合关系,构建了基于深度神经网络的疲劳损伤数据拟合方法。利用所建数据驱动模型在风电场有功控制过程中进行实时疲劳预测并优化机组有功控制指令。仿真实验表明,本文所建数据驱动预测模型对机组传动系统疲劳载荷有较好拟合效果,用于有功控制过程可降低风电场内各机组的传动系统疲劳载荷。     

兆瓦级风电机组低电压穿越过程运行特性分析

针对目前研究中陆上大型双馈风电机组低电压穿越(LVRT)过程运行特性研究不足,且缺乏测试仿真对比验证分析的现状,对某兆瓦级陆上风电机组,建立GH Bladed仿真模型,研究低电压故障过程中机组运行特性及关键部位载荷特性。同时,对该机组实际型式试验测试数据进行分析,对特定LVRT工况进行仿真,对比分析故障对于机组运行特性影响以及对塔架载荷的影响。仿真及测试结果都表明LVRT故障对机组塔架载荷有重要影响,且在大风工况下影响更大。     

电网对称故障下双馈风电机组的载荷优化控制

电网电压骤降引起发电机电磁转矩的暂态波动,这会引起传动链上显著的暂态冲击,降低了传动系统特别是齿轮箱的使用寿命。文中通过FAST和MATLAB/Simulink联合仿真,建立了5MW双馈风电机组机械和电气暂态模型,分析了电网对称故障对传动链扭转载荷的影响。提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)的转矩阻尼控制器,来降低故障恢复期间的载荷。仿真结果表明,提出的方法有效地抑制了传动链的扭振。     

一种用于大型风电机组叶片自重载荷标定的弯矩解析方法研究

在大型风电机组的机械载荷测试中,叶片自重引起的摆振弯矩和挥舞弯矩的载荷标定精确度直接影响叶片和风轮的载荷测试效果。因此分析叶片自重在应变片测量位置的弯矩解析结果是叶片载荷标定的关键。首先,运用解析几何原理,提出了一种基于优选的三维坐标系和坐标变换的叶片自重弯矩解析方法。其次,为了消除主轴倾角对优选的三维坐标系的影响,提出了一种在优选的三维坐标系中调整叶片重力矢量方向的方法,并推导出了考虑各种影响因素下的弦摆振弯矩、弦挥舞弯矩的解析表达式。最后,在实际的叶片载荷测试项目中,应用两种标定分析方法进行对比,两种方法得到的叶片载荷测试结果具有很好的一致性和代表性。理论分析和试验结果验证了本文所提的叶片自重弯矩解析方法对叶片载荷标定的有效性和可行性。     

海上风电机组控制系统研究

对海上风电机组控制系统进行了研究。针对海上风电机组工作环境恶劣、故障率高和维护困难等问题,提出了海上风电控制系统的设计原则,并提出一种海上风电控制系统的设计方案。描述了系统的功能结构,并对其关键技术进行了分析和论述,其可靠性、安全性和可维护性良好,满足海上风电场各种功能要求和各项发电指标,具有一定的实用价值。     

考虑风电机组功率跌落和机械载荷优化的虚拟惯量控制方法

针对风电机组惯量响应结束后可能出现的功率跌落和较大的机械载荷冲击问题,分析了双馈风电机组虚拟惯量控制原理,提出了基于指数函数渐进趋近的风电机组转速恢复方法.通过动态调整调节系数,改变参考功率与目标恢复功率渐近速率,降低机械载荷冲击.分析了调节系数与转速、目标恢复功率的关系,从功率跌落优化角度研究了两种目标恢复功率的控制...     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。     

基于泛模型的风电机组恒功率预测控制仿真研究

为平滑风力发电系统额定风速上输出功率的波动,应用关于风剪切及塔影效应的空气动力学理论对叶片载荷进行深入分析,得出风力机桨叶不平衡摆振载荷是输出功率波动的主要原因。针对叶片的非线性耦合特性、被控对象无法准确建模、不确定因素作用及强外界扰动带来的问题,采用泛模型预测的独立变桨控制策略,解决了输出功率波动问题。以3 MW风电机组为研究对象,进行泛模型预测独立变桨控制策略仿真试验,结果表明,相比传统的统一变桨控制,泛模型预测独立变桨控制不仅可以使风力机输出功率的波动大大减小,还能减弱甚至消除由于不平衡载荷带来的疲劳、振动、动力稳定性差等问题。     

某风电机组基础沉降不均匀原因分析及处理

某风电机组基础发生沉降不均匀的现象,通过查阅风机基础设计图纸及现场勘查风机基础情况,发现导致基础沉降不均匀的原因是由于基础表面受到外部载荷持续性作用以及风机基础下与强风化白云岩之间有0.55 m厚度的粘土导致。采取堆载纠偏法对风机基础进行处理,并通过在纠偏过程中持续开展沉降观测,及时调整堆载重物的重量,使得风机基础沉降趋于安全范围,保证了风机的安全、稳定运行。     

大型风电机组安全控制保护测试研究

提出了风电机组控制保护(别称:状态码、故障码)设计和一致性测试方法,规范和保证了风电机组的安全。通过测试的模块化、表单化以及既定的测试方法,使产品模块的测试效果和一致性得到了保证,便于测试经验的积累,对风电机组控制系统设计也有一定的指导作用。风力发电机组控制系统是国内风电设备的薄弱环节,风力发电机组测试及质量控制更是风电领域的难题,各个厂家风力发电机组控制差异大,相关IEC标准未得到实际采用,一致性测试无法开展,工     

降低海面覆冰载荷影响的近海固定式风电机组安全控制EI北大核心CSCD

海面覆冰载荷是寒冷地区海上风电设计和运营中需要考虑的重要因素。该文建立风扰动及海面覆冰扰动下海上风电机组的T-S模糊增量模型;采用分布补偿控制率,通过控制桨距角增量以达到保持风电机组功率稳定、降低海面覆冰载荷影响的控制目标,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解相关增益,完成模糊状态观测器及模糊状态反馈控制器的设计,设计过程中考虑H∞性能指标以减少风扰动及海面覆冰载荷扰动对系统的影响。仿真结果表明,所设计的模糊状态观测器能够准确跟踪机组运行状态;所设计的降载控制器可有效降低风扰动及海面覆冰扰动对系统动态性能的不利影响,使风电机组功率及塔顶位移保持在较为稳定的范围内。     

风电机组低电压穿越能力测试中的风机故障

近年来,我国风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一,该文详细分析了目前风电机组低电压穿越能力测试所依据的标准,就标准中对风电场及风电机组低电压穿越性能的具体要求进行了分项阐述,在此基础上总结了已开展的现场低电压穿越测试中风机发生的种种故障及其原因,证明了同样机型的风电机组测试性能存在差异,而且现场试验证实了风机零部件故障也成为影响风机低电压穿越性能重要因素。     

基于单纯形法的风电机组独立变桨控制技术研究与仿真

针对风电机组在风切变、塔影效应的影响下,如何减缓叶根挥舞弯矩进行了研究。提出了基于单纯形法的独立变桨控制策略,在保证风电机组功率控制的基础上,实现减缓叶根挥舞弯矩及其1P分量载荷的目的;分别将该方法和传统PI控制的独立变桨控制策略应用于4.5MW风电机组模型,并在湍流风况下进行仿真,对比分析叶根挥舞弯矩及其功率谱密度、机组输出功率。通过4.5 MW风电机组模型仿真运行数据分析,表明基于单纯形法的独立变桨控制策略能够有效减缓叶根挥舞弯矩及其1P分量,且能稳定输出功率。     

大规模变速风电机组的并网研究

本文结合福建福清地区的风电"十二五"规划数据,通过建立基于实际运行特性的风电场和区域电网模型,在PSCAD/EMTDC软件平台上对大量主流的变速风电机组——直驱永磁风电机组接入对电网电压的影响进行了研究,为该地区风电并网系统的规划和设计提供了仿真分析基础。     

大中型风电机组的初步设计

阐述了大中型风电机组初步设计中的若干问题     

风电机组除冰电缆发热的数值与实验研究

针对风电机组桨叶除冰系统供电电缆的散热问题,通过数值模拟和实验,研究了某风电机组型齿轮箱中心孔加装除冰电缆后电缆束的发热温升特性。结果表明：风电机组持续满功率运行,当齿轮箱油温维持在最大65℃时,在除冰系统以最大功率87 kW(690 V)持续运行2 h和5 h之后,齿轮箱中心孔电缆截面最高温度分别为97℃和101℃,轮毂供电电缆截面最高温度分别为93℃和96℃。除冰供电电缆满足电缆的长期运行安全温度（≤150℃）。在除冰系统运行2 h之后,轮毂供电电缆已超出电缆的长期运行安全温度（≤90℃）75 min,其余电缆满足温度要求。模拟计算的电缆温度和实验测试的电缆温度变化规律基本一致,电缆长时间通电、温度稳定后,仿真计算温度和实验测试温度相近,偏差在2℃左右,说明仿真计算方法用于电缆发热温升计算具有较高的可靠性。