海上风力机设孔防护装置性能研究

为避免因船舶碰撞造成巨大经济损失,提出正多边形、椭圆及圆形3种海上风力机设孔防护装置。基于非线性动力学理论,采用瞬态动力学有限元软件LS-DYNA,模拟加装设孔防护装置时单立柱三桩基础受5000t船舶以2m/s速度正向碰撞过程,以分析设孔防护装置抗撞性能优劣。结果表明:橡胶材料所释放的弹性势能可使船舶动能降为零后回弹至初始动能50%;正多边形设孔防护装置采取边垂直撞击方向布局防护效果优于角垂直撞击方向;采用边与内壁切向平行(或短轴沿径向)策略布置孔可有效降低最大接触力;所研究的4种正多边形中,随内角增大防护性能增强;对14种不同直径圆孔防护装置研究发现:随孔径增大吸能效果及撞深越显著;径厚比对装置耐久度及经济性有重要影响。     

海上风电大型单桩基础波浪疲劳分析

随着陆上规模化风电日趋饱和,海上风电开发已成鼎沸之势.波浪荷载作为海上风电基础设计的主要荷载,其波浪疲劳分析也成为了海上风电基础设计的技术难题.本文基于随机波浪理论,采用非线性有限元随机分析方法(PSD),研究开发了单桩基础波浪谱疲劳分析计算程序;并基于谱疲劳分析及Miner线性累积损伤理论,编制了单桩基础波浪疲劳的疲...     

基于改进粒子群算法的风水火电短期多目标优化调度研究

为消纳更多风电,提出了风、水、火电短期联合优化调度策略。该策略优先消纳风电,由火电、水电联合运行承担剩余负荷。建立了含约束的多目标非线性优化模型,采用线性加权法将多目标问题转化为单目标问题后,使用粒子群算法进行求解。实例计算表明,该方法充分利用了水电灵活性,减小火电出力波动,同时提高了电网对风电的消纳能力。     

永磁同步发电机与Boost斩波型变换器非线性速度控制

直驱式永磁同步风电系统电机侧变换器的一种常见拓扑结构为二极管整流桥后接Boost斩波电路。此结构具有较强的非线性,采用普通PI控制器很难使系统在正常运行范围内保持较好的动态性能。针对其非线性特性,分区间建立了发电机与变换器整体非线性数学模型,在单区间内采用输入-输出反馈线性化方法将非线性系统转换为线性系统,在此基础上设计了转速最优控制器。该设计方法数学转换过程较为简单,参数整定方法较为成熟,且不同区间内线性控制器的参数相同。通过一套3kVA的实验系统,验证了该方法能明显改善系统动态性能,对此类风电系统电机侧变换器控制策略的设计具有一定的参考价值。     

考虑台风影响的海上风电机组部件剩余寿命预测方法

针对台风天气影响下海上风电机组剩余寿命预测问题,提出了考虑退化状态与台风冲击相依的海上风电机组部件剩余寿命预测方法。基于台风冲击模型及部件状态对部件退化过程的影响分析,构建了考虑退化状态与冲击相依的海上风电机组部件剩余寿命可靠度模型。利用实际监测数据对部件可靠度模型进行修正更新,建立了剩余寿命动态预测模型。采用fmincon函数对离散化处理后的部件可靠度模型进行参数估计,结合运行监测数据修正参数,进而动态预测剩余寿命。以某海上风电机组齿轮箱部件为例进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

提高风电渗透率极限的火电机组惯性参数优化方法

波动性风电的高渗透接入降低了系统的阻尼和一次调频性能,制约了风电渗透率的进一步提升。研究在不降低系统动态稳定水平的前提下提高高风电渗透率系统的调频能力,对于提高风电渗透率极限具有重要意义。文中首先提出了一种含阻尼水平约束和频率偏差约束的风电渗透率极限求解方法,进一步基于火电机组惯性参数对系统阻尼特性和一次调频性能有相反作用的机理,提出了一种考虑系统阻尼和动态频率响应能力的火电机组惯性参数协调优化方法。仿真结果表明,所提风电渗透率极限求解方法的计算结果有较高的参考价值,引入协调优化策略后有效改善了系统的动态稳定特性和调频特性,优化效果适用性强,优化后系统风电渗透率得到了提高。     

Workbench脚本在风电机组轮毂极限强度数据处理方面的应用

在风电机组轮毂极限强度的有限元分析中,需在ANSYSWorkbench中导入大量的载荷数据,求解完成后,又需从Workbench中导出大量结果数据。此过程若是通过一个一个地输入或复制数据,则需2—3h。本文介绍如何通过Workbench脚本实现大量载荷数据从Excel到Workbench的自动导入,及大量结果数据从Workbench到Excel的自动导出,整个过程仅需几分钟。通过Workbench脚本语言进行二次开发可实现风电机组轮毂大量极限强度数据的自动处理,大大提高了工作效率,为短时间内实现轮毂的最优化设计奠定了基础。     

大停电背景下考虑系统暂态安全的动态风电穿透功率极限计算

动态风电穿透功率极限(DWPPL)代表黑启动过程中系统在不同恢复时段对风电的接纳能力,其成功求解可以指导风电在系统恢复过程中的有序接入,进而使系统依靠风电启动功率小、启动速度快的优势,加快系统恢复进程。为了更加准确地求解DWPPL,建立计及系统暂态安全约束的DWPPL非线性整数规划模型,该模型采用二元表的方式统一描述了各暂态安全约束;提出基于纵横交叉优化算法和PSD-BPA仿真的DWPPL求解方法。针对含风电的IEEE 39节点系统中某具体黑启动方案,求解了各时段的DWPPL并验证了算法的优越性;在PSD-BPA上仿真验证了所求DWPPL的正确性和考虑系统暂态安全的必要性。     

基于PLS-ELM响应面法的坝基抗滑稳定可靠度分析

复杂重力坝坝基抗滑稳定可靠度问题中,研究变量个数多,隐式功能函数非线性程度高,使用传统响应面法求解时拟合精度不高、收敛困难、结构计算量大。针对该问题,提出了重力坝坝基抗滑稳定可靠指标估计的偏最小二乘-极限学习机（PLS-ELM）动态响应面法。采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的极限学习机模型（ELM）构建隐式功能函数的响应面,并采用偏最小二乘法（PLS）优化极限学习机模型的隐含层神经元个数和输入权值,将极限学习机响应面和蒙特卡洛模拟法相结合,并构造合理的迭代方式,实现极限学习机响应面动态更新和可靠指标求解。在此基础上对某重力坝挡水坝段进行坝基抗滑稳定可靠度分析,结果表明：该方法结构计算量少,响应面拟合精度和效率高,算法容易收敛且适用性广,易于与多种结构计算方法和软件结合,适用于实际工程的坝基抗滑稳定可靠度分析;工程实例中坝基抗滑稳定可靠指标为5.10,满足规范要求;软弱夹层的材料参数对重力坝抗滑稳定可靠度影响最大。     

风、火、水电短期联合优化调度研究

将风电引入水火调度系统中,针对风力发电的波动性和不稳定性,提出了风、火、水电短期联合优化调度策略.该策略先保证风电出力最大,火电承担基荷、出力平稳,再由水电调节补偿剩余负荷,将风电、火电与水电调度相结合,以补偿风电的不均匀性和随机性.建立了含约束的多目标非线性优化模型,模型求解采用线性加权和法处理多目标函数,外点罚函数法处理约束条件,将含约束多目标问题转化为无约束单目标问题,引入压缩因子的粒子群算法进行单目标优化.实例计算表明,该方法较好的发挥了水电站调度灵活的特点,提高了电网吸纳风电的能力,解决了不同电源的协调问题.     

兆瓦级风电机组叶片延长载荷分析及平稳运行控制方法

为提高已建成风场中风电机组的发电效益,风电机组叶片延长是其有效途径之一。然而,叶片延长后风电机组易受到不同湍流强度扰动而导致机组极限载荷大幅变化,甚至损伤。首先从叶根、轮毂与塔基三个部位分别分析了湍流对风电机组的极限载荷变化。针对中低风速区间高湍流风况导致机组变桨频繁与功率输出不稳定的问题,采用桨距角控制与转速优化相结合的主动减载控制策略,通过预留出一部分转子转速以应对减载后的湍流现象,减轻变桨系统的负担。实验结果表明,在减载25%的情况下,所采用控制策略能够使桨距角基本稳定在2.5°左右,有效地减缓了湍流波动对桨距角,为使用叶尖延长等技术的风电机组稳定运行提供了一定的理论基础。     

海上风电工程黏性土不排水抗剪强度的综合确定

黏性土的不排水抗剪强度C_u是海上风电桩基础设计时的重要土体参数之一,其准确性与海上风电工程的经济性与安全性密切相关,受土样扰动影响,仅依靠土工试验确定的土体参数往往存在偏差。通过理论总结和工程实例应用,研究和探讨综合采用土工试验和原位测试确定不排水抗剪强度C_u的原理和方法,为得到合理的C_u值提出建议。     

基于轨迹特征分析的双馈风电机组参数识别

分析研究风电接入后系统的动态运行与稳定控制,需要建立准确的风电机组结构和参数模型。为此,根据系统辨识理论,推导双馈风电机组（DFIG）的传递函数矩阵,构造传递函数系统与未知参数之间的关系,分析风电机组电抗参数的可辨识性;对风电并网系统进行动态轨迹保稳降维等效变换,通过分析系统主导映像轨迹的特征,建立双馈风电机组参数识别系统的受扰轨迹差异度指标,并将参数待识别系统受扰轨迹与实际轨迹的差异度作为目标函数,优化求解双馈风电机组电抗参数;对算例系统发生线路故障和风速变化等不同情况下进行参数识别计算。仿真结果检验了采用系统轨迹差异度方法识别DFIG参数的有效性和可行性。     

求解多目标随机动态经济调度问题的场景解耦方法

针对含风电接入的电力系统,建立了以总燃料耗量和购电费用最小为目标的多目标随机动态经济调度模型。借助场景法将该模型转化为大规模多目标确定性动态经济调度模型。采用法线边界交叉法将这个多目标优化问题转换为一系列单目标优化问题,并采用非线性原对偶内点法求解。在迭代过程中,按照场景顺序将简化修正方程的系数矩阵排列为对角加边形式,方便对其实施解耦,并运用异步块迭代法求解,从而将一组高维修正方程组的求解转化为若干个分别与预测场景和误差场景相对应的低维修正方程组的求解。在某省级50机系统上的计算结果表明,场景解耦方法可大幅度降低内存需求且适于求解大系统、多场景、多目标动态经济调度问题。     

海上风机基础环锚固性能有限元分析

目前福建海域海上风电机组嵌岩机位的基础常采用大直径单桩和高桩承台两种形式,由于大直径单桩基础嵌岩施工设备国内较少,因此有较多海上施工经验和施工船舶设备的高桩承台基础成为具有较高施工可靠性的基础型式。文中海上风机通过预埋在混凝土承台中的基础环将上部风机荷载传递给整个高桩承台基础,基础环是保证结构安全性的重要节点结构。一些陆上风电场中同样采用预埋基础环的风机基础,出现了因基础环晃动导致风机停运的事故,需要后期采用加固措施。海上风电机组的运行和维护条件比陆上更恶劣,一旦出现基础环锚固失效问题造成的经济损失更大,后期采用加固措施将更加麻烦且难以保证质量。因此,研究基础环结构在海上高桩承台基础中锚固机理,对于上部风机荷载有效地传递给风机基础,保证风电机组运行的安全性和可靠性具有重要意义。     

考虑电量效益和负荷跟踪效益的风蓄联合运行多目标模糊优化调度

为了解决由于大规模风电波动性和反调峰特性对电网带来的调峰困难,建立了风蓄联合运行多目标优化调度模型,综合考虑了联合运行的电量效益和负荷跟踪效益。通过求解单目标问题和建立隶属度函数,实现了多目标问题模糊化,将多目标问题转化为单目标问题。采用动态调整惯性因子粒子群算法对该非线性规划问题进行了求解。通过仿真算例,表明了多目标模型比单目标模型能够取得更好的综合效益,电网可以根据实际需求选取合适的伸缩系数,满足调度的需求。     

基于激光测风雷达及SSA-ELM的风电场短期风速预测

基于激光测风雷达数据,针对风速的非线性特性,提出麻雀搜索算法（sparrow search algorithm, SSA）优化极限学习机（extreme learning machine,ELM）进行风速预测。搭建预测模型,根据预测风速对风电机组进行预变桨,分析风电机组叶根矩载荷。采用新疆某风电场激光测风雷达数据仿真并与其他预测模型分析对比。结果表明,麻雀算法优化的极限学习机可精确预测风速,且显著提升极限学习机预测速度及不同风速条件下的动态性能;预变桨后,风电机组叶根矩载荷大幅减小,提升了桨叶使用寿命及运行安全性。     

基于非精确迪利克雷模型的有源配电网鲁棒最优潮流

为解决最优潮流运行的负荷随机需求与风电的间歇性出力等不确定性,进行了配电网的鲁棒最优潮流研究.首先,构建考虑网损成本及主网购电成本的鲁棒最优潮流模型.然后,采用非精确迪利克雷模型挖掘历史数据构造盒式不确定集,描述风电-负荷不确定性.其次,对非凸非线性模型进行二阶锥松弛,采用对偶理论、大M法进行单层线性化推导,得到可行域为二阶锥空间的单层锥优化模型,通过商用求解器求解得出最优潮流方案.最后,在IEEE 33节点系统中验证了模型与方法的有效性.     

基于BP神经网络和多因素权重法的风电机组载荷预测和分析

基于BP神经网络,建立了风电机组关键部位载荷的快速准确预测方法。以风电机组关键参数风速、空气密度、湍流强度、入流角、风切变、偏航误差角等为自变量,以机组关键部位载荷作为输出变量,建立用于快速预测机组关键部位载荷的BP神经网络模型;然后基于多因素权重法对风电机组不同参数的影响权重进行分析,获得影响风电机组载荷的关键变量。结果显示:基于叶素-动量理论模型计算得到不同风况下风电机组关键部位载荷,然后设置合理的神经网络结构以及合适的神经网络参数,可以实现对不同风况下风电机组关键部位载荷的预测;对于叶根和塔底的平均载荷和极限载荷4个不同的变量,风速、空气密度、湍流强度、入流角、风切变、偏航误差角等参数影响的权重各不相同。     

基于非线性内点方法的风电接入能力研究

互联电网的风电接入能力是现代电力系统运行和规划的重要问题之一。提出一种基于非线性优化的风电接入能力计算方法。建立了电网风电接入能力问题的优化模型,利用非线性原–对偶路径跟踪内点算法进行求解。给出了具体的计算步骤,并且以IEEE30节点系统为例进行仿真,验证了所提方法的有效性。该方法可以综合考虑系统的运行约束和运行方式,较为准确地找出影响风电接入能力的关键约束。非线性内点算法具有较好的收敛特性,运用该算法可以得到较为准确和符合系统实际运行情况的风电接入功率极限,具有工程应用价值。