风剪切下风力机组俯仰控制策略研究

为增加风电场总输出功率,采用大涡模拟(LES)方法,利用致动线法(ALM),基于开源CFD软件OpenFOAM对风剪切下的风力机组4种风轮俯仰工况进行数值模拟,对比每种工况下的风电场总输出功率,并结合流场参数分析输出功率存在差别的内在原因.结果表明:风电场上游风力机尾迹可对下游风力机性能产生严重影响;风轮俯仰角增加时,...     

基于致动线方法的风力机组风场布置优化

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果表明:串列布置时,处于尾迹中的风力机功率下降可达82.72%;改变风场中风力机组相对位置可使风场布置得到优化,虽个别风力机性能有所下降,但风场总输出功率最大可提高11.8%.     

风力机组偏航系统的建模及仿真

建立了上风向风力发电机组偏航系统的数学模型，通过仿真分别研究了偏航动态特性与机组的特性参数的关系，如与风轮合力作用点至垂直偏航轴间距离Ｈ，尾舵合力作用点至垂直偏航轴间距离Ｇ１，尾舵特性以及上风向风速之间的定量关系。仿真结果对偏航系统的设计及其控制参考价值。     

水平轴风力机组尾迹偏移控制策略研究

风场上游风力机的尾迹不仅导致下游风力机功率显著降低,且易引起疲劳载荷等结构问题。故通过CFD模拟两台5 MW风力机串列布置的风场,在考虑大气边界层环境的情况下,使用不同控制方法改变尾迹流向,使其偏离下游风力机风轮中心位置以提高风场总输出功率。结果表明:对上游风力机使用基于偏航和仰角的控制策略时尾迹偏移效果显著,尽管上游风力机的功率有所降低,但下游风力机输出功率增加,使得风场输出总功率得以提高;锥角控制的效果相反,增大锥角时尾迹并未产生明显的偏移而尾迹范围却扩大,导致风场总输出功率降低。     

偏航时风力机组鲁棒控制器的设计

应用鲁棒调节器理论，为偏航时大型变桨距风力机组一个运行于额定风速以上的控制器。领导结果表明，这种鲁棒控制器虽然阶数低，但鲁棒性好，通过调节桨叶的桨距角，能满足控制要求。     

偏航工况下漂浮式机组非定常气动特性研究

采用自由涡尾迹法探索漂浮式风电机组在偏航工况下,受平台纵摇影响时功率与气动特性变化规律。研究结果表明：随着偏航角的增加,输出功率以二阶余弦函数下降,推力以一阶余弦函数下降;动态局部轴向诱导因子最小值产生从0°～22°的相移;法向力系数曲线分解所得基频与二倍频分量振幅和偏航角正相关,三倍频分量与偏航无相关性;其中,风轮旋转与纵摇运动耦合导致法向力系数产生相对运动频率更高频的三倍频分量。     

基于致动线方法的风力机组尾迹控制策略研究

为提高风场总功率,减小上游风力机尾迹的影响,以实现风场全局优化的思想,利用致动线(ALM)方法,基于开源软件OpenFOAM对9种偏航工况、15种风轮俯仰工况及9种风场错列布置进行数值模拟。对比不同尾迹控制策略下的风场总功率输出,并结合流场云图分析尾迹对风力机性能影响的流动机理。结果表明:3种尾迹控制方法均可减弱上游风力机尾迹对下游风力机气动性能的影响,且偏航尾迹控制方法略优于风轮俯仰,风场错列显著优于偏航,其中偏航、风轮俯仰及风场错列分别可提高无尾迹控制策略时风场总功率的35.3%、34.5%和68.5%。     

一种适合沿海滩涂使用的风力提水机组

根据国家计委节能局和江苏省科委下达的“关于沿海滩涂风能利厅示范试验及风力机具的研制”科研项目的要求,为满足沿海滩涂水产养殖,滩涂改造的需要,要求研制出一种适合滩涂3～4米提水扬程的风力提水机组。我国现有2800万亩的海涂盐碱地急需改良,由于常规能源紧张,这样大面积的涂地改良工程要采用电力和燃油机械灌水是很难实现的。目前来看,最经济适用的方法莫过于风力提水了。盐碱滩地的自然风况一般很好,宜于低速风力机工作,故风力提水改良盐碱地是可行的。     

水平轴风力机组风场全局优化策略研究

为优化风场布置,减小上游风力机尾迹影响,以实现风场全局优化,基于致动线方法,利用OpenFOAM(多物理场运行与操作开源软件)对风力机组风场进行了15种风轮俯仰工况及9种错排布置的数值模拟,比较各优化策略下的风场总输出功率,并结合流场细微结构参数分布,分析不同优化方法对风场全局影响的流动机理。结果表明:尾迹对风场下游风力机影响严重。两种数值模拟优化方法均可实现风场全局优化,其中风轮俯仰优化策略可使风场总输出功率最大提高34.5%;风力机组错排布置可提高68.5%。此外,风场上游风力机功率在风轮俯仰时下降明显,风力机组错排时几乎无变化。     

大型失速型风力机组的建模与仿真

建立了大型失速型风力发电机组在标称状况下的非线性数学模型，将其线性化后，在不同风速下进行了不同输入，（风速Ｖ和电网电压Ｕ１变化）条件下的开环仿真，仿真结果对控制器的设计有参考价值。     

风机超速问题应对策略研究

文章针对大风大湍流下风机容易发生超速的问题,深入研究风机控制算法,提出了优化变桨PI和加入转差加速度系数的策略。Bladed仿真表明,加入超速应对策略后风机转速平稳,变桨响应较快,功率相对平稳且未发生停机,完全可以经受大风大湍流带来的冲击。实际应用该策略的FD77B和FD82B型风机运行情况良好,风机超速停机故障大幅下降。理论仿真和实际应用表明,该策略科学、合理、实用,且具有一定的推广价值。     

来流剪切对风力机尾迹影响的数值研究

为研究剪切指数对风力机尾迹流动特性的影响,以NREL Phase Ⅵ型风力机为研究对象,采用SST k-ω湍流模型,在不同剪切指数下对风力机尾迹流场进行定常数值模拟.考察了不同来流剪切工况下,风力机尾迹流场中漩涡结构变化对速度和湍动能等流动参数的影响.结果 表明:在剪切来流工况下尾迹流场呈现非对称性,尾迹流场向远离壁面的方向偏斜;随着剪切指数的增大,轮毂上方的中心涡强度增大,下方中心涡强度减弱;下方流体被大量卷吸进上方剪切层,形成高速条带;中心涡的不对称性造成尾迹流场湍动能增强,尾迹流场恢复减慢.     

大型水平轴风力发电机的典型控制策略

论述了大型水平轴风力发电机组采用的三种典型控制策略的理论依据和技术路线。     

新型永磁风力发电机控制策略的仿真研究

直驱式永磁同步发电系统以其噪声小、可靠性高等优点在风力发电系统中越来越得到重视。对一种采用新型永磁同步发电机的直驱式永磁同步发电系统进行了仿真研究,建立了新型永磁风力发电机组的MATLAB模型,提出了一种基于萤火虫群算法的优化功率分配方法。该方法以减小发电机损耗为目标,能够较大地提高发电机组的效率。仿真结果表明,采用优化功率分配方法的发电机由于能够减小损耗,可以输出更多的有功功率,具有更高的发电效率。研究结果可为新型永磁同步发电机发电效率的提高提供参考。     

风力发电系统大范围功率可调控制研究

为了从机械侧和电气侧深度管理负荷,分析了现有变速变桨风力发电系统(WTGS)的运行特性,提出在额定风速以下,通过桨距角控制和发电机控制联合调节进行限功率跟踪,给出了变速变桨等多自由度运行模式下的解耦协调控制策略;考虑限功率跟踪与最大功率跟踪的兼容性,建立了WTGS全工况下大范围功率可调的整体控制策略;采用PID增益调度技术,结合非线性测度指标减少工况点划分数量,基于T-S模糊逻辑定义增益调度算法,完成WTGS全工况控制系统的设计.针对2MW容量WTGS的一般非线性模型,在额定风速以下完成了功率跟踪仿真实验.结果表明:该大范围功率可调控制系统能够实现对功率调度值的良好跟踪,使WTGS具备了全面的负荷管理能力.     

风电机组自动消防系统研究

通过对风电机组火灾发生的原因以及我国风电场机组运行环境的描述,分析了我国亟须风电消防解决方案的现况。同时,在对目前市场上多种消防设备性能进行比较分析的基础上,研究了自动消防设备的特征和前景。     

变速变桨风力发电机控制研究

近十年来,风力发电产业飞速发展。风力发电机功率和风轮直径不断增加,这对风力发电机控制器设计要求越来越高。文章以FD120A风力发电机组控制器设计为例,分析了如何提高风力发电机风能的捕获,介绍了力矩控制器和变桨控制器以及驱动链和塔筒阻尼器的设计。     

双馈风电机组并网运行改进控制策略研究

针对国内广泛采用基于定子磁链定矢量的控制方案,提出了双馈感应发电机并网运行的改进策略,以实现规定扰动下双馈风电机组的不间断运行稳定运行能力的提高,构建了DFIG机组的数学模型,分析了并网能量转换过程及扰动下的转矩不平衡与转子过电流的改进控制方案.仿真计算结果验证了该控制方案提高并网风电机组稳定性策略的有效性.     

Strategies to Smooth Wind Power Fluctuations of Wind Turbine Generator

This paper shows that the capability of voltage-source converters (VSCs) to control the real power output of wind turbine generators (WTGs) can be applied to smooth power fluctuations due to wind turbulence. The paper calls attention to instability that can arise from: 1) the wind turbine itself and 2) the doubly fed induction generator (DFIG). The paper presents G_P/V(s) to characterize the dynamic behavior of WTGs.     

海上风机Tripod基础结构的控制工况与控制荷载方向分析

针对海上风机Tripod基础结构的特性,采用有限元软件SACS,结合实际海洋水文数据,选择六组极端工况和两组正常使用工况研究了海上风机Tripod基础结构的控制工况及控制荷载方向,并与已有研究成果进行比较。结果表明,杆件应力、节点冲剪、桩应力校核对应的控制工况为极端工况ULS_3,地基承载力、基础结构沉降量、法兰处转角校核对应的控制工况为正常使用工况SLS_1,Tripod基础结构的控制荷载作用方向为-25°,因此对海上风机基础结构简单地进行极端工况下单个荷载方向的静力分析并不能充分反映风机结构的静力特性,应根据基础结构的构造形式、所处的海洋环境,对海上风机结构进行全方向环境荷载输入的静力分析。