基于XGBoost和Wasserstein距离的风电机组塔架振动监测研究

针对风电机组塔架振动监测问题,考虑到风能脉动与机组控制动作等激励对塔架振动的影响,提出一种基于数据驱动的塔架振动监测方法。首先基于K-均值算法对风电机组工况进行辨识,分析各状态参量、机组工况对塔架振动的影响;其次基于极限梯度提升（XGBoost）算法对不同工况下的塔架振动趋势进行建模预测,针对同一风电场不同塔架振动预测残差的差异,提出一种基于Wasserstein距离的塔架振动监测方法;最后使用风电场实际数据验证,以误差平方和为评价指标,考虑机组工况条件的XGBoost预测精度提高了34.6%。基于数据驱动的方法能有效识别风电场中异常振动较频繁的塔架,提升了运维效率。     

基于模态叠加法的风电机组塔架实时状态研究

振动模态是机械结构在某一自振频率下的振动型态,是多自由度系统的固有属性。在模态分析的基础之上,提出一种基于模态叠加法的风电机组塔架振动状态与应力状态计算模型。该模型首先通过有限元法得到塔架的模态,然后通过模态叠加法根据塔架各监测点处的振动值计算得到整个塔架的振动状态及应力状态。以某风电场2.0 MW风电机组为例,通过有限元法数值模拟验证该模型计算结果的准确性。研究结果表明,该模型具有精度高和速度快的特点,能够满足实时在线计算要求。     

基于有限元分析的风电机组塔架结构正交试验设计

采用正交试验设计方法设计正交试验模型,利用ANSYS有限元分析软件对正交试验模型进行静强度、疲劳强度、模态和屈曲分析,通过使用极差分析法,分析塔架结构因素对各试验指标的影响。并绘制因素与指标趋势图,直观地显示试验指标随因素水平变化的趋势,为进一步试验指明方向。     

风电机组振动数据分析与偏航校正

风电机组运行数据能够反映各系统之间的相关性和机组运行中存在的问题。为了判断机组发电效率低的原因,本文根据机舱振动加速度数据提出假定并通过计算分析风速功率曲线和偏航误差角度对应关系。现场检查结果表明,该机组偏航存在45°误差并导致振动异常,与理论推算误差角度44.6°相符。     

风电机组塔架钢板下料尺寸计算

本文提供了风电机组塔架钢板下料尺寸计算方法,风电机组塔架是由数段圆锥筒体依靠法兰连接组成一个锥形圆筒状结构,对每一张钢板的尺寸计算有极高的要求,必须严格控制其误差。本文给出了一个固定的模板,只需输入个别已知数据,模板就会自动算出所有所需尺寸,同时尽可能减少人为因素。     

风电机组塔架的振动特性分析

为了研究塔架的振动特性,采用结构动力学的方法,从理论分析和仿真计算两方面,对塔架的振动特性进行了分析和仿真计算,得到了激振力频率和塔架位移、加速度的响应特性。研究表明:在外部激振载荷作用下,塔架的振动频率中同时包含激振力频率和塔架的固有频率,仿真计算的结果与理论分析的结论一致。通过对比实测数据,风机正常运行时,塔架加速度的频谱主要集中在塔架的三倍旋转频率附近。     

基于正交试验的风电机组塔架结构参数的优化设计

本文采用正交试验设计方法设计正交试验模型,利用ANSYS有限元分析软件对正交试验模型进行静强度、疲劳强度、模态和屈曲分析,运用数据统计分析软件进行多元线性回归分析,建立优化数学模型,再应用MATLAB优化工具箱对模型进行求解,得到了塔架结构优化结果。     

风电机组钢塔架与钢-混凝土组合塔架动力响应对比分析

采用FAST软件对同一风场、2 MW风电机组的纯钢塔架和钢-混凝土组合塔架进行正常运行工况和急停工况的动力响应分析。结果表明：两种工况下,纯钢塔架塔顶位移响应均大于钢混塔架;在正常运行工况下,两类塔架塔顶处加速度响应受3倍、6倍风轮转速对应的频率影响较大,且纯钢塔架受二阶振型影响明显;急停工况下,塔架振动加剧,纯钢塔架相比于钢混塔架更加敏感,两种塔架前后振动方向加速度响应主要受塔架一阶振型影响,而侧向振动方向加速度响应受塔架二阶振型影响明显。     

低温环境下风电机组塔架选材研究

我国风能资源富集区有较大部分处于低温环境,低温环境对结构部件最直接的影响是容易使承受动载的结构发生低温脆断,这是一种危害很大的灾害性破坏形式。塔架是风电机组的重要结构部件,为了避免塔架发生低温脆断有必要对低温环境下塔架选材进行研究。在阐述断裂韧性和低温冲击功关系的基础上,本文给出了按国内标准和欧洲标准Eurocode3进行低温环境塔架选材的对比分析,讨论了低温环境下塔架选材存在的问题,为低温环境下塔架选材提供参考。     

风电机组塔架的脉动风速时程模拟

本文简述了谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法。本文采用谐波合成法,建立了脉动风速时程的AR模型,编辑出脉动风速时程模拟程序,并对某风电机组塔架进行脉动时程分析,验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性。     

基于阻尼滤波的大型风电机组柔性振动控制技术

主要针对如何减小机组载荷,增加阻尼的柔性振动控制技术进行研究.首先分析了引发大型变速变距风电机组振动的原因和各振动的激励源所在;然后针对1.5MW SUT-1500机组的设计进行可能存在的振动情况分析,并进行桨距、转矩阻尼滤波PID控制器的设计;最后在Bladed软件中进行仿真验证,得到塔架振动控制、传动链扭曲振动控制的有效方法.     

预应力风电机组基础与风电机组塔架连接分析

风电机组塔架与预应力基础混凝土之间的连接包括T型法兰和L型法兰。国内外相关资料中只有T型法兰的相关计算公式,而有关L型法兰是否适用于风电机组塔架与预应力基础混凝土之间的连接并没有相关文献及规范说明。针对这个问题,参照T型法兰连接,推导出L型法兰连接的理论公式,并对其承载性能进行有限元校核分析,得到如下结论:风电机组塔架与基础混凝土(或高强灌浆)间不能直接采用L法兰连接,最有效的解决办法为将L法兰改为T法兰。     

风电机组高斯过程回归塔架振动监测研究

根据风电机组的运行原理,对运行数据中记录的塔架振动特征进行分析,发现塔架振动与风电机组数据采集与监视(SCADA)系统记录的多个其他变量存在密切关系,针对风电机组运行数据强随机性和高噪声的特点,采用高斯过程回归方法建立了描述塔架振动与相关变量关系的振动模型,并对该模型进行了验证.结果表明:通过分析塔架模型残差可以实现叶轮桨距角不对称故障的监测和诊断,证明塔架振动监测的有效性.     

新型并网风电机组的动力学建模与仿真

为研究差动调速风电机组的动态特性,用弹簧-阻尼-质量系统建立了三轴动力学模型,采用Simulink软件进行仿真.以阶跃风载荷作为模型输入,得到了差动轮系的轮架轴、齿圈轴、太阳轮轴的转速、转矩以及功率,并进一步获得了转矩信号的频率分布.结果表明:新型机组能通过调速电机和差动轮系对风轮吸收的功率进行有效调节,其固有频率避开了转矩频率分量,不会发生共振.     

考虑齿轮柔性的风电机组传动系统扭振特性分析

风电机组传动系统的柔性对机组的动力特性影响较大。本文利用有限单元法,根据多柔体动力学基本理论,构建考虑风电机组齿轮箱、联轴器、发电机等传动系统柔性的分析模型;根据模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的方法,获取风电传动系统低频至高频的扭振模态;利用坎贝尔图以及能量比判别系统共振点。结果表明,建立多柔体动力学模型对准确评估风电机组传动系统的动态特性具有重要作用。风电机组传动系统在1.33、39.16和241.30 Hz等不同激励频率载荷作用下,分别在齿轮主轴、发电机转子和二级太阳轮轴等不同位置存在共振模态。该计算结果与工程实际高度吻合,该分析方法可为风电机组传动系统优化设计提供理论依据。     

大型风电机组柔性塔架结构改进研究

针对大型风电机组柔性塔架分段处的动态响应问题,文章利用双向流固耦合法对塔架分段处法兰进行流体与结构动力学分析,得出动力响应曲线。将考虑耦合作用与未考虑耦合作用的塔架法兰的应力、位移进行对比,经过基本应用理论分析,提出塔架结构改进措施。对比结果表明:考虑耦合作用的塔架法兰位移、应力变化幅度均比未考虑耦合作用的小;结构改进后的塔架应力、位移变化幅度相对较小。     

大型柔性风电机组动态模型研究

针对大型柔性风电机组动态过程复杂的特点,将联合仿真技术应用于风力发电机组结构动力学分析中:用MSC.NASTRAN进行结构建模及模态分析,用MSC.ADAMS进行柔性多体动力学分析,用AERODYN建立气动模型,用MATLAB构建控制模型。模型兼顾了风力发电机组的机械及电气动态特性,弥补了现有各种模型过于简化的不足。与传统的2个、3个质量块等效模型进行了仿真比较,采用该模型可更加有效地进行风力发电机组控制系统的设计,分析机组在各种运行工况下的动态行为。     

基于LQR方法的风电机组变桨距控制的动态建模与仿真分析

为了获得更好的变桨距控制效果,将扰动校正LQR(Linear Quadratic Regulator)应用到风电机组变桨距控制中,该方法通过设计扰动状态观测器估计出作为扰动量的风速,在输入量中加入一个反馈量来消除风速产生的扰动影响,然后根据LOR控制理论,计算出状态反馈矩阵.建立了风电机组的动态模型,并根据动态模型在Mat-lab7.1/simulink环境下进行了仿真.仿真结果表明,基于扰动校正的LQR控制方法超调小,变桨距执行机构疲劳度小,具有良好的动态性能.该方法易于工程实现,适用于变桨距控制系统.     

风电机组塔架台风条件下的初步设计研究

根据某风电场台风的特点确定风机设计等级,以塔架概念设计各阶段的基本尺寸,建立基本物理模型。基于有限元法并根据风电设备的设计规范对抗台风风力发电机组塔架进行了初步分析,主要包括塔架的低级频率和极限强度计算,初步确定该塔架的固有频率和极限强度均满足风电机组的设计规范要求。建议在对抗台风风力发电机组塔架进行详细设计阶段必须进一步优化设计,在强调够用的情况下减小尺寸,降低制造和运输成本。     

风电机组节能工程造价与财务分析

提出一种基于静态层次融合博弈视角的风电机组节能工程的造价预测算法实现财务分析。构建了风电机组节能工程的造价参量约束模型,采用静态层次融合方法对风电机组节能工程的参量数据进行质量-效率-成本融合,计算风电机组节能工程开销工程造价的潜在市场效益,结合参量约束条件,得到造价预测的优化函数。在博弈视角下,进行财务数据分析时发现,对风电机组节能工程造价的预测精度提高32.87%,质量水平均为90%以上、效率水平为100%、单位成本降低了10.5万元。仿真结果表明,采用该模型能实现风电机组节能工程的质量、效率和成本的优化配比,提高了工程质量和施工效率,降低工程成本。