叶片覆冰对风电机组的影响

正我国幅员辽阔,南北跨度大,部分风电场处于湿度大、气温低的环境中,叶片结冰就成为必须要考虑的因素。叶片结冰引起风电机组叶片的气动性能改变,导致风电机组发电量降低,同时结冰质量分布不均匀会引起不平衡载荷,给风电机组的设计提出新的要求,此外,叶片抛冰还会对人员安全造成较大的隐患。国内对风电机组叶片覆冰的研究不多,李声茂等基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,引入离散相DPM模型,通过数值模拟计算了不同攻角下的翼型表面结冰分布情况。张聘亭等使用CFD软件,     

2 MW风电机组叶片防除冰试验与能耗评估

文章针对凝冻积冰环境下风电机组叶片气热法防除冰技术展开现场试验,验证其防除冰效果及加热能耗。首先,分析了叶片表面结冰复杂过程并模拟计算NACA64618翼型表面积冰分布;然后,结合2 MW风电机组构建叶片主动气热法防除冰系统并实施现场示范工程;最后,开展了风电机组叶片静态除冰试验、防冰试验及防冰生产运行试验,辅助全景红外热成像检测分析叶片防除冰效果及加热能耗。试验结果表明,在冰厚为30 mm并控制加热温度为50℃的前提下,持续加热2 h后叶片表面开始融冰脱落,加热能耗功率不足50 kW。可为风电机组叶片气热法防除冰的工程应用系统设计提供参考。     

垂直轴风力机叶片翼型结冰的数值计算

为研究寒冷气候条件对直线翼垂直轴风力机叶片表面结冰的影响,对该种风力机叶片常用的NACA0015翼型进行了翼型结冰的数值模拟计算.计算基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,并引入离散相模型DPM.参照实际风力机野外工作环境参数,通过改变风速和空气中水滴流量等条件,计算了在8种典型攻角下的翼型表面结冰分布情况.结果表明:气流中所含的过冷水滴量和风速是影响风力机翼型表面结冰的关键因素;风速较低时,水滴流量的影响占主导作用;翼型攻角不同,其表面结冰的厚度、面积和生长趋势不同.在一定攻角范围内,翼型表面的结冰面积随翼型迎风面积、风速和空气中水滴流量的增加而增大.在一定条件下,结冰面积可达到翼型面积的30%以上.     

基于数据特性分析的风电机组叶片结冰辨识

风电机组叶片结冰影响叶片的气动特性,降低机组的输出功率并形成安全隐患。及时、准确判定叶片结冰,有利于提高风电机组运行可靠性和做出运维应对决策。文章通过分析风电能效指标变化特性、部件振动特性、测风仪测值波动特性,选取与叶片结冰相关的SCADA中耦合变量,利用SVR回归算法挖掘耦合参数的历史样本特征值,构建叶片结冰辨识模型。现场数据验证表明,基于SCADA实时数据分析与设备监测结果完全一致,判定准确。模型只通过对实时数据分析判断,无需额外增设硬件,具有较好的实用价值。     

基于BP_Adaboost算法的风电机组叶片结冰检测

精准预测冬季风电机组是否处于叶片结冰状态成为亟待解决的技术难题。Adaboost算法具有预测精度高、可使用简单弱分类器等优点。文章在传统BP神经网络算法的基础上,提出了BP_Adaboost算法精准预测风电机组是否处于叶片结冰状态。首先,将SCADA历史监测的相关信息进行重采样;其次,运用BP_Adaboost算法对叶片状态进行预测;最后,选择6台风电机组的历史数据进行实验验证。实验结果表明,由BP_Adaboost算法构建的强分类器在检测风电机组是否处于叶片结冰故障时,比BP神经网络构成的弱分类器平均得分高12%左右。BP_Adaboost算法已在部分风电场进行了实际应用。     

多参数模型风电机组叶片结冰监测与预警研究

详细分析叶片结冰对风电机组运行性能和运行参数的影响,采用功率、叶轮转速和环境温度作为监测叶片结冰的变量.采用高斯过程回归分别建立功率模型和叶轮转速模型实现2个参数的实时监测.引入序贯概率比检验方法分析功率和叶轮转速模型的预测残差以发现2个参数在叶片结冰时的异常变化.当风电机组功率异常、叶轮转速异常且环境温度在0℃附近这...     

基于WD-LSTM的风电机组叶片结冰状态评测

为有效识别叶片结冰状态,尽早采取除冰措施,提出基于小波去噪的长短期记忆神经网络（WD-LSTM）的评测方法。首先基于过采样与欠采样相结合的方法解决SCADA系统数据中的类别不平衡问题,通过对叶片结冰相关的26项指标进行分析,并从结冰机理和数据探索的角度筛选特征量,小波去噪处理后建立WD-LSTM模型,进一步完成模型的训练和测试。分别以15号和21号风电机组为例进行模型验证,通过与LSTM、概率神经网络（PNN）模型和BP神经网络模型进行对比。结果表明,WD-LSTM方法在风电机组叶片结冰评测中的准确率可达98%,优于其他方法。     

三维旋转效应对风力机叶片水滴收集率的影响分析北大核心CSCD

在进行风力机结冰问题的水滴收集率计算时,三维旋转效应的作用会改变叶片周围空气和水滴的流动,从而大大改变叶片气动性能和表面水滴收集。文章以NREL Phase VI风力机为研究对象,基于欧拉两相流模型对水滴流动及表面撞击特性进行计算,并与准三维计算结果进行比较,分析三维旋转效应对水滴绕流和收集率的影响。分析结果表明:在同一展向位置,三维旋转效应的存在会增加叶片表面最大水滴收集率及吸力面的水滴撞击区域,但对压力面水滴撞击区域的影响不明显;叶片表面的展向流动会将边界层内的水滴沿展向抽出,抑制水滴相流动分离及涡的形成,弦向流动会将主流区的水滴吸入边界层内,增大边界层内水滴的体积分数;三维旋转效应对水滴相流动及水滴收集率的影响在叶根附近较大,沿叶片展向方向的影响逐渐减弱。     

水平轴风力机结冰及其影响计算分析

针对过冷水滴在风力机表面撞击结冰现象,建立适合于计算水平轴风力机结冰过程的三维数值方法。该方法包括计算空气流场的多参考坐标系(MRF)方法、结冰面水滴收集率计算的欧拉方法以及结冰的三维模型及其相应的数值求解算法3部分。采用该方法对某1.5 MW级水平轴风力机结冰进行计算,总结结冰的基本特征,分析结冰对风力机气动特性的影响。研究表明:冰主要结在叶片前缘,从叶尖到叶根,冰越来越薄;轮毂、叶片根部及其附近区域、结冰很微弱,可忽略;在叶尖结明冰的条件下,随着展向位置向叶根移动,冰的外形会逐渐趋向规则,明冰向霜冰转变;结冰对叶片根部附近的压力载荷分布影响不大,但对叶尖附近区域的载荷改变明显。     

水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟

通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟采用四阶龙格-库塔法求解水滴运动轨迹,假定水滴在与叶片相碰撞的点处完全凝结,并且冰沿着翼型表面法向方向增长,通过模拟得到了某风力机厂家提供翼型在不同时间段叶片表面结冰后形成的冰形,同时利用FLUENT软件模拟了风力机叶片翼型周围流场的变化,并与结冰前该翼型的气动性能进行了对比。研究结果表明与干净翼型相比,在模拟气象条件下的结冰翼型的最大升力系数大约减少了27%,阻力系数增加了约38%,失速攻角降低了4°。根据模拟可以认为,结冰后翼型提前进入失速区是造成桨叶气动性能恶化的主要原因。     

风力机叶片前缘表面附着物对气动性能的影响研究

主要研究了风力机叶片表面附着物对其气动性能的影响。实验采用粘土作为附着物模拟叶片表面前缘结冰及结垢,模拟有附着物后叶片周围流场的变化、叶片升力及阻力系数的变化,并与原叶片的气动性能进行对比。比较分析了不同攻角下叶片外部压力分布的变化规律,计算分析了外部压力分布对表面附着物力学特性影响规律。该文实验攻角为-4°～24°,温度为250.37K。分别对比了叶片附着物的厚度和长度对叶片性能的影响,通过对比升力及阻力特性,发现与原叶片相比,附着物叶片的升力系数普遍减少,并随附着物长度和厚度的增加,升力系数降低得更剧烈。附着物是造成叶片气动性能恶化的主要原因。     

贵州地区风电机组覆冰原因及甩冰风险分析

正高原寒冷地区气候极易造成风电机组叶片结冰,一方面会影响机组的发电量,另一方面在运行过程中,旋转的风轮在温度升高时,覆冰的粘着力下降,极易发生甩冰、落冰现象,造成人身伤害和运营事故。尤其在"天无三日晴"的贵州,风电机组叶片覆冰发生的频率较高。据不完全统计,贵州地区冬季的凝冻现象造成风电机组的年发电量损失高达15%-20%。资料显示,在特殊天气情况下,比如温度接近零摄氏度又伴有高湿度,如冻雨或雨夹雪,风电机组叶片比较容易覆冰。在重力和风电机组叶片旋转产生的机械力的     

风电整机型号发展与选型分析

随着我国风力发电产业的快速发展,风电机型的更新换代步伐明显加快。本文通过对国内外典型风电企业机型开发历程回顾分析,并结合我国风能资源分布特征,对高原(寒)地带或偏Ⅱ、Ⅲ类风区的风电场提出适合的型号。这既是综合性能与综合成本两者间的最佳组合,也是风电机组与风电场效益优化匹配的必然选择。此外,本文提及叶片是风电机组捕捉风能并转化为电能的关键部件,叶片性能和长度不仅直接决定风电机组的效能,而且其与运输成本直接关联,因此风电机组选型应着重考虑叶片成本和商业化程度。     

对服役中风电叶片表面状态的调查以及对原厂涂装的反思

风轮叶片是风电机组的吸能部件,叶片的健康高效运转是风电机组安全经济运行的前提,而叶片服役之后问题最先会出现在表面涂层。本文介绍了风电叶片在我国典型风电场服役之后,表面涂层出现的若干问题,并由此反思叶片在制造阶段的涂料选择以及涂装工艺。最后提出若干建议,在叶片制造阶段选用合适的高性能涂料来提高涂装工作质量,为叶片的安全经济运行夯实基础。     

大型风电机组脉动风场建模与数值仿真

分析了风电机组风场模型与普通建筑风场模型的异同,指出叶片的周期性运动将改变风速谱的频率成分分布,使相当部分的频率成分集中到风轮旋转频率及其倍频处。根据标准von Karman模型和旋转采样谱模型,分别推导并建立了风电机组固定部件和叶片上脉动风速谱功率矩阵,并在此基础上采用谐波叠加法模拟了风电机组各部件的风速时序数。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

基于“应变-载荷”模型的大型风电机组叶片载荷识别研究

为了解决风电机组运行过程中叶片载荷在线识别的难题,提出一种基于叶根应变测量的风电机组叶片载荷识别方法。开展叶片属性参数对应变单因素影响分析,基于此设计多因素联合影响正交试验,并利用回归分析来获取叶片属性参数与应变之间的关系模型。在回归分析过程中采用"显著性"判定进一步得到回归修正方程。充分考虑多重载荷的影响建立叶根应变与叶片载荷之间的关系模型。以某43 m长风电叶片为例构建出风电机组三维实体模型,利用CFD和ANASYS数值仿真软件对叶片上分布载荷和叶根应变进行分析。然后,将模型计算结果与有限元仿真结果进行对比分析,佐证所提出"应变-载荷"模型的可行性。     

水滴高速撞击风力机叶片的SPH-FEM耦合计算

基于SPH-FEM耦合方法，对水滴高速撞击叶片涂层表面后的动态过程及材料冲击响应进行计算。结果表明：水滴撞击后会出现两次接触力峰值，第一次是由水滴被压缩后形成的高压导致的，会在涂层表面形成较高的应力，但造成材料的塑性变形较小；第二次是由水滴内部的高压释放引起的横向扩散导致的，会在涂层表面造成较大的塑性变形，是导致叶片前缘损伤的主要因素；水滴速度的增加或涂层厚度的减小会导致更大的接触力，同时在涂层表面产生更大的塑性变形区域以及塑性应变。     

双馈风电机组叶片变化对低电压穿越性能的影响研究

风电机组的低电压穿越能力主要采用现场测试的方式考核。由于同种类型和容量的风电机组通常采用多种长度的叶片配置,在其中一种叶片长度的机组完成低电压穿越测试后,是否必须对其它叶片长度的机组进行重新检测是目前制造商和检测机构面临的问题。针对该问题,文章首先分析了不同的风轮直径引起风电机组低电压穿越过程中机械功率、发电机转速、桨距角、有功功率和无功功率等状态量的变化,提出风轮直径变化对机组各部件低电压穿越特性的影响程度;其次,采用Bladed与Matlab联合仿真模型,在与实测数据对比校验其仿真准确性后,通过设置Bladed模型中详细的叶片、传动链等机械参数,仿真对比不同风轮直径的风电机组各环节状态变量的区别,验证了理论分析的有效性;最后,以77 m和82 m风轮直径的1.5 MW风电机组低电压穿越测试数据进行对比分析,进一步验证了理论分析和仿真结果的正确性。研究表明,在一种叶片长度的双馈风电机组完成低电压穿越检测后,采用其他长度叶片的风电机组可通过模型仿真方式对其低电压穿越性能进行分析和评估。     

风电机组叶片表面阻燃涂层材料的研制

当风电机组叶片所处的工作环境中发生火灾事故时,涂在叶片表面的阻燃涂层可阻止火源将燃烧传递至叶片,或减缓叶片燃烧的趋势。本项研究是在现有风电机组叶片的原有结构特殊部位的基础上增加阻燃涂层,将火源与叶片隔离,有效防止叶片延续燃烧现象,达到延长叶片使用寿命为目的。