极端台风下停机姿态对海上风力机叶片气动载荷影响

基于计算流体力学(CFD)方法,选取美国可再生能源实验室(NREL)5 MW风力机叶片主要设计参数,重点研究台风风速大于切出风速(风力机停机)时,不同台风入射风向及不同叶片停机桨矩角对风力机叶片气动载荷的影响特征,揭示最不利叶片停机姿态及对应风载系数;进一步对比分析可能出现的最不利叶片变桨故障停机工况与正常顺桨矩停机工况下的风力机气动载荷的特征,提出2种停机姿态下海上风力机最大安全设计风速的对应建议值。     

偏航角度对风力发电机组载荷的影响研究

通过力学特性分析,对风力发电机组各主要部件承受的载荷进行了比较归类;依据对某风场数据的测定,建立了仿真用的风模型并针对某机型风机进行了载荷仿真计算;通过对不同偏航角度下计算结果的对比分析,总结出了大风情况下风机偏航角度对风机各部件承载的影响规律,提出了风机抗台风的偏航控制策略.     

大型风力发电机组变桨距系统结构可靠性设计研究

随着风力发电技术的不断发展,大功率、长叶片已逐渐成为大型风力发电机组的主要特征和发展方向,以持续提升风能利用的经济性。风力发电机组大型化带来叶片长度和重量的显著增加,风轮每旋转一周,在低速轴上的受力和作用在叶片上的重力均会出现周期性变化,同时,在风轮旋转平面上,因风切变、塔影效应和湍流的作用而产生循环变化的载荷。风力发电机组大型化必然带来机组疲劳载荷的增加,疲劳载荷是风力发电机组在全风速范围内运行所产生的典型载荷循环,循环的数量正比于各种风速下机组发电运行的时间,决定着部件的设计使用寿命。为进一步研究风切变、塔影效应、叶片重力、叶片推力载荷对大风轮直径机组叶根疲劳载荷所产生的影响,文章通过对风轮运行载荷分析和系统仿真,对变桨传动系统结构有限元计算和分析,研讨影响变桨传动系统可靠运行的主要因素,为大型风力发电机组变桨传动系统可靠性设计提供参考。     

基于额定风速以上的风力机变桨控制研究

变桨控制系统是变速变桨风力发电机组的重要组成部分,它不仅关系到大型MW级风力发电机组的安全运行,而且能控制风力发电机组,使其吸收更多的风能。文章基于2.0 MW变速变桨风力发电系统,采用PI控制策略,提出了增益调度控制算法,计算了PI增益随风速变化而变化的数值。通过调用线性化结果文件,设计了风力发电机组控制器回路,得出了满意的响应结果。最后基于GL规范,在湍流风的情况下对关键零部件是否加控制策略所得到的载荷进行了对比,结果显示关键零部件的载荷有显著降低,满足控制策略设计的要求。     

风力发电机组的自适应转矩控制及载荷优化

针对变速变桨风力发电机组(variable speed variable pitch,VSVP)如何在低风速时最大限度捕获风能以及在额定风速以上降低传动链载荷进行研究。低风速时在研究了传统风能追踪控制策略的基础上,文中提出通过改变最优增益系数来追踪最佳风能利用系数的自适应转矩控制策略。同时针对风力发电机组传动链的扭转振动,提出了基于发电机转速反馈滤波的转矩纹波控制方式。以2MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Blade软件平台对所采用的控制策略进行仿真研究。结果表明：所提出的自适应转矩控制策略能够更好的追踪最大功率点,同时采用转矩纹波能够降低传动链载荷     

基于激光测风雷达的风速前馈控制算法设计

文章提出了基于激光测风雷达的风速前馈控制算法设计,其特点是通过激光雷达准确有效地测得风力发电机组前方一定距离的风速、风向信号,并把所测信号引入到原有变桨控制算法中,设计了风速前馈控制器,实现变桨速率前馈补偿.以国产某1.5 MW风力发电机组设计为例,基于Bladed软件平台对所采用的算法进行仿真验证.结果表明,在来流作用于风轮之前,控制器就已经接收到超前信号,提前准备变桨动作,避免或大大减少风力发电机组的超速故障,降低了机组载荷,提高了风力发电机组在极端风况下的安全性,进而有助于提高发电量,改善风力发电机组的运行效率.     

不同工况下风力发电机传动系统动态外载荷计算

综合考虑风轮非定常气动载荷计算模型、传动系统动力学模型、双馈发电机模型和变速变桨距控制模型,建立风力发电机传动系统在不同工况下的动态外载荷计算模型。使用所建立的计算模型对变速变桨距型风力发电机分别在启动、运行和制动时的外载荷进行计算分析,得到增速齿轮箱的输入载荷变化规律及其影响因素。     

水平轴风力机锥形塔筒的静动态特性研究

根据叶素动量理论,考虑三维紊流风场、Beddoes-Leishman动态失速模型、惯性载荷及重力载荷计算了风力机的整机载荷,进而得到塔架动态载荷的极限工况,针对塔架的结构特点,再应用有限元理论,对水平轴风力发电机组塔架的静态(强度)、动态(屈曲、模态)特性进行了研究。以一台1.5MW水平轴风力发电机组为例,计算了塔架在不同极限工况下的载荷,并对塔筒进行了强度、屈曲和模态分析,得到了具有较大工程实用价值的塔筒静动态分析方法。     

风电机组变桨系统载荷特性研究

以某3 MW风电机组为研究对象,对风电机组变桨系统非线性特性进行研究,证明变桨控制器增益与桨距角为反比例关系。使用GH Bladed软件建立变桨系统载荷计算仿真模型,对正常发电、紧急停机等多种工况下变桨驱动载荷进行仿真,分析不同工况下变桨驱动载荷的变化规律,说明由叶片载荷产生的变桨轴承摩擦扭矩在变桨驱动载荷中占有重要比例。提出基于多工况综合分析的变桨驱动电机选择方法。     

叶片质量不平衡下风机基础的疲劳性能

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片—塔筒—基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明：风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。     

基于变桨距控制策略的异步风电机组暂态稳定性研究

为了提高和改善在电网故障下并网风电机组的暂态稳定性,该文以并网笼型异步风力发电机组为例,考虑风力机传动链柔性带给机组振荡的影响,在典型变桨控制策略的基础上提出了一种增加以风力机转速为控制量的分阶段控制策略.通过建立并网异步风力发电机组的电磁暂态模型,基于Matlab/Simulink仿真平台,应用改进的变桨距控制策略,对电网三相对称短路故障下并网异步风力发电机组的暂态运行特性进行了仿真,并将其结果和多种不同变桨控制策略以及无功补偿策略的结果进行了比较.仿真结果验证了该文提出的变桨距控制策略能有效改善风力发电机组的暂态稳定性.     

风力发电机组塔架仿真和分析

简单介绍了风力发电机组塔架的类型和风力发电机组塔架设计的重要性。分别在某种参考风速及其风向改变90°和180°条件下,运用风力发电机组设计软件Bladed for Windows对风力发电机组塔架风载荷进行了仿真分析。最后,结合仿真结果和实际情况分析了叶片安装角、风轮锥角、风轮仰角、悬距、塔架气动阻力系数和塔架线密度等对塔架风载荷的影响。为风力发电机组的塔架设计提供了参考。     

台风作用下近海风力机叶片的空气动力载荷研究

结合2005年0518号台风"Damrey"的实测时程数据,参考美国可再生能源实验室5 MW风力机主要设计参数,重点研究台风作用下近海风力机叶片的空气动力载荷特征。首先,鉴于完整台风实测数据跨越时间较长,且风速和风向变化具有显著的时段特征,因此科学截取一段具有代表性的3 h台风风速-风向时程数据。其次,综合考虑5 MW风力机叶片主要截面翼型设计参数和变速变桨控制系统,基于叶素动量(BEM)理论模拟分析代表性台风时程下风力机叶片的空气动力载荷特征,并将该数值模拟结果与相关简化计算结果进行对比分析,揭示风力机变速变桨控制系统的时滞性对台风作用下叶片空气动力载荷的重要影响。最后,进一步研究风力机停机状态下的叶片台风载荷特征,建议在台风作用下采用主动顺桨叶停机策略,以实现降低叶片气动载荷保证风力机主体结构安全的目的。     

国产抗台风型1．5兆瓦级风电机组整体下线

2007年8月16日我国首台抗台风型1．5兆瓦变桨变速风力发电机组整机下线仪式在广东省明阳风电技术有限公司举行。作为该公司承担的广东省“十一五”重点项目的开发成果,该机组是国内第一个完全按照我国的风力资源和气候特点,采取中外合作的开发方式,以发电成本最低为开发目标,能够抵御台风、沙尘、严寒等极端气候条件,具有当代世界先进水平,并且拥有自主知识产权的全新一代风力发电机组。     

基于双叶片海上风电机独立变桨控制系统仿真

分析了目前海上风力发电机组变桨风力发电机主流变桨控制方式,针对于双叶片海上风力发电机组设计了一套以基于三环PID控制原理为核心的直流电动机为伺服电机的电动独立变桨距系统,使得在调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.     

风力机组偏航变桨轴承载荷分布分析及数值求解

大型风力发电机组偏航和变桨轴承通常采用四点接触球轴承,文章对四点接触球轴承在外载下轴承内部载荷分布进行了详细分析,列出了外载和变形的平衡方程,给出了数值求解的步骤,并用MATLAB编写了求解程序。最后对某型风力发电机组的偏航轴承进行强度校核,为轴承的选型和设计提供依据。     

风力发电变桨偏航轴承专利分析

一、概述变桨偏航系统是风力发电机组必不可少的组成系统之一。变桨偏航系统的主要作用有两个:一是与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率;二是提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行。     

基于神经元PID的风力发电机组独立变桨控制

针对传统统一变桨距控制策略存在的不足,基于风力机空气动力学原理,提出了基于神经元PID的独立变桨距控制策略,将测量的桨叶根部My方向载荷通过神经元PID控制算出d、q轴的桨距角,经反Park变换得到3个桨叶的附加桨距角,将其与统一变桨距角相加作为独立桨距角的设定值。并借助Fast软件平台以2MW变速变桨风力发电机组为例,仿真比较了独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略。结果表明,独立变桨距控制策略能有效保证在额定转速下机组输出功率稳定,且能有效降低风力发电机组各零部件的疲劳载荷。     

MW级风力发电机组载荷测试方法研究

风力发电机组塔筒屈曲、叶片折断的主要原因是风力发电机组的实际载荷过大、疲劳强度不够等。为了避免此类情况发生,需要对风力发电机组的载荷情况进行测试。风力发电机组载荷测试是风力发电机组型式试验之一。风力发电机组各个部件的载荷直接影响到风电机组的寿命与安全。载荷测试可以让风电机组制造商与风电场运营商了解风力发电机组在不同的载荷工况下各个部件的结构响应情况。基于IEC 61400-13标准,介绍了一种风力发电机组载荷测试方法,并给出了部分测试结果。测试结果表明,该测试方法的精度可以满足相关标准的要求。     

变速风力机变桨距系统建模与仿真

变速风力发电机组一般采用变桨距控制来稳定输出功率,但是桨距角的改变会引起攻角的改变,从而引起叶片气动性能的改变,所以在变桨距控制过程中,必须保证合适的攻角,以确保风力机具有良好的气动性能。采用统一变桨距控制方法,在matlab/simulink环境下,通过预测攻角仿真研究了变速风力发电机组的变桨距控制过程,结果表明,该控制模型能正确模拟各种风速下风力发电机组变桨距的动态过程,为进一步研究变速风力发电机的功率控制奠定了基础。