一种适用于风力机组复杂阵风工况的非线性控制策略

针对极端阵风工况机组出现过速停机,造成机组载荷增大的问题,在传统的PID动态控制基础上,增加了一个以减少超速为目的非线性控制策略.在风速和风向骤变的工况下,通过探测转速动态特征,以适当增加桨距角的方式避免机组过速停机,同时合理地触发阈值设置,保证其不影响正常发电工况机组运行.用实际机组进行了仿真验证,结果表明,非线性控制策略能够有效地解决极端阵风工况机组超速停机问题,降低了风电机组塔底极限载荷,并保证在正常运行期间不增加机组疲劳载荷.     

一种适用于风力机组复杂阵风工况的非线性控制策略

针对极端阵风工况机组出现过速停机,造成机组载荷增大的问题,在传统的PID动态控制基础上,增加了一个以减少超速为目的非线性控制策略.在风速和风向骤变的工况下,通过探测转速动态特征,以适当增加桨距角的方式避免机组过速停机,同时合理地触发阈值设置,保证其不影响正常发电工况机组运行.用实际机组进行了仿真验证,结果表明,非线性控制策略能够有效地解决极端阵风工况机组超速停机问题,降低了风电机组塔底极限载荷,并保证在正常运行期间不增加机组疲劳载荷.     

多设计载荷工况下风机整机动载荷特性分析

为研究风力发电机组在多种设计载荷工况下的动载荷特性,采用SIMPACK、TurbSim和AeroDyn软件协同仿真,以某5MW近海风力发电机组为例,在SIMPACK中建立其整机气-弹-控耦合仿真模型;根据IEC61400-1中规定的设计载荷工况,将风机叶片和塔架考虑为柔性体,使用PID变桨控制策略,模拟风机在正常湍流、极端湍流以及空载工况下风机运行情况,获得了风机轮毂处风速、叶片变桨角度及叶片载荷变化曲线;并对叶片根部载荷做频谱分析,发现叶根载荷频谱中轮毂转频对应频率处出现较大的峰值,是影响叶片疲劳寿命的主要因素。研究结果可为风力发电机组仿真及优化设计提供参考。     

分散式风电机组复杂风况下阵风控制及载荷优化设计

讨论了分散式风电机组在大湍流强阵风复杂工况下的稳定性问题和阵风检测方式,分析了风电机组的气动特性和传动链模型。针对风电机组在阵风时的过速、过功率、振动过大问题,在传统变桨控制的基础上进行优化,提出动态变桨 ＰＩＤ 增益调节的阵风控制方法,并通过外部控制器编程实现并在 ＧＨＢｌａｄｅｄ软件上进行仿真。结果表明,该方法能够提高机组的稳定性和适应性,并有效降低复杂风况下分散式风电机组关键部位的极限载荷。     

提高切出风速限功率运行对MW级风机的影响研究

针对提高风电机组切出风速增大发电量会造成机组载荷过大等问题,基于叶素理论、惯性定律等力学基本理论对机组各部件载荷进行了理论计算研究,提出了一种提高切出风速限功率运行的方法,以NWP和NTM风模型作为仿真条件,利用bladed载荷仿真软件,对某公司2 MW风电机组开展了提高切出风速限功率运行的仿真试验研究。研究结果表明,在机组设计载荷范围内,通过提高切出风速限功率运行的方法可以提高理论年发电量约0.76%,机组各部件等效疲劳载荷随功率的增加而增大,极限载荷随输出功率的变化呈不同变化趋势,其与理论分析基本一致。该研究结果为计算MW级风电机组包络载荷、设定切出风速提供了参考。     

极端工作阵风下浮式风力机系泊断缆机理分析

极端工作阵风的快速风速变化和不稳定性能够扰乱浮式风力机系统，诱发系泊断缆。因此，深入研究极端工作阵风对系泊系统的影响机理具有重要的工程安全意义。本文建立了气动-水动-伺服-弹性耦合多体动力学模型，旨在探究极端工作阵风与浮式风力机系泊动态响应之间的关联，明确阵风特征参数与系泊冲击张力之间的关系，以及在风浪流耦合下的浮式风力机的响应机理。结果表明，极端工作阵风所诱发转子推力突变频率与浮式风机纵荡频率接近时系泊响应最大，且阵风幅值与风力机响应幅值呈正相关；系泊冲击张力与环境多变载荷的耦合效应将诱发系泊断缆；迎风系泊线张力极值出现时刻与极端工作阵风发生时刻的延迟时间在平台的纵荡固有周期到该周期加上波浪周期的范围内。     

CFD仿真在轴流式灭火风机流场优化设计中的应用

应用计算流体动力学的方法对轴流式灭火风机内的三维湍流流动进行了建模和基于N-S方程的仿真分析,仿真采用有限体积法FVM和k-ε双方程模型来模拟湍流流动,得到了轴流式灭火风机在设计工况下的内部流场三维流动形态,分析了轴流式灭火风机内部的气流流动规律、流速和压力分布,以三维湍流场的仿真结果为依据,对轴流式灭火风机的内部风道进行了有效的改进和优化设计.结果表明锥形射流风筒采用整流栅板可以有效地提高出口风速,改善内部流动,更好地满足设计要求.     

向变极端相干阵风下浮式风机系泊线断裂风险因素分析

系泊系统是保障浮式风机系统稳定安全运行的关键。掌握极端环境下引发浮式风机系泊破断失效风险的原因,对于优化系统设计及风险应急决策具有重要意义。目前极端阵风条件对浮式风机系泊安全造成何种影响仍不清晰。本文对某半潜式浮式风机开展气动-水动-伺服-弹性耦合数值模拟,预报不同向变极端相干阵风（ECD）工况与浪流耦合环境下系统的气动和水动响应,分析了阵风持续时间、风向变化角等关键参数对系泊张力响应的影响。结果表明系泊张力随持续时间的增大而先增大后减小,当持续9s左右时,所研究浮式风机的系泊张力最大,可能造成系泊线的断裂,这是影响系泊安全的关键参数。     

柔塔式风力机组载荷测试与仿真分析

柔塔式机组是低风速高剪切地区首选风力机组,由于机组的高塔架特点,其载荷特性是结构设计的重点.基于新版载荷测试标准,对140 m塔高机组开展载荷测试,重点关注机组的频谱特性以及叶片与塔架主要部件的载荷,并与仿真结果进行对比分析.结果表明,机组仿真结果模态与载荷输出结果与测试数据相近,验证了仿真模型的正确性,研究结果对风力机组设计具有一定的工程指导意义.     

某轨道交通空调风机总成的分析与研究

针对某轨道交通的空调风机总成,利用前处理软件HyperMesh对整个风机总成进行网格划分,之后利用HyperWorks仿真平台的有限元求解器OptiStruct对该风机总成进行分析。分析结果表明,在离心力和冲击载荷作用下,风机总成的各个部件都没有超过材料屈服强度,满足设计要求。     

基于状态反馈的低风速风电机组不平衡载荷控制方法研究

针对1P载荷控制只能减小叶片载荷的1P谐波分量和轮毂载荷的0P谐波分量但对高频振动没有抑制能力的问题,采用2P载荷控制策略,对风电机组的动力学特性及其等效线性化模型进行研究,推导出风力机的动力学方程与相关载荷的理论表达式。针对旋转坐标系下系统的耦合性,采用坐标变换将系统转换到固定坐标系,设计了固定坐标系下的2P载荷的控制方法。2P载荷控制策略是利用安装在叶轮上的载荷传感器得到的不平衡载荷实时值作为反馈信号,最终采用控制器实现载荷控制的实时反馈。研究结果表明:基于状态反馈的2P载荷控制与传统1P载荷控制相比,2P谐波分量显著降低,固定部件疲劳载荷明显降低,即基于状态反馈的2P载荷控制策略能够有效降低系统的不平衡载荷。     

基于PSAT的风机接入电网模型的研究

为了分析不同类型的风机接入电网后,能否与已有电网兼容的问题,在分析了电力系统仿真软件PSAT内置的5阶双馈风力发电机组机模型及其电压、转速和桨角的控制形式的基础上,根据某1.5 MW双馈风机的机械及电气数据,建立了风机接入电网模型及接入电网的典型接线形式,并在潮流计算模块与时域计算功能模块的基础上,编制了仿真程序,最后在阵风与湍流风模型下对风机转速、电压、功率的变化进行了动态仿真。仿真及研究结果表明,运用该方法分析所得结果与实际的风机特性一致,利用PAST内置的风机模型能很好地进行风机接入电网的兼容性分析。     

风况仿真设定对风机载荷计算的影响

针对某机型风力发电机,对风机的各运行风况进行了设定;通过实际风场测风,得到风资源数据,并进行分析得到了实际风场的风况类型,对比分析了设计风况和实测风况,验证设计阶段仿真风况建模的合理性和正确性;根据GL2010规范的要求,对特定机组进行了仿真工况的建模,通过GH-Bladed载荷计算,得到风力发电机组的叶片、塔筒、偏航轴承等部位的载荷,对风机运行的各风况进行了特性分析,总结出各风况对风机影响的最主要方面,对风机设计具有指导意义。     

基于模糊控制的变桨距风力发电机组的研究

首先分析了风力发电机组控制策略的发展状况。其次根据风力发电机组的各部分原理,建立了数学模型,同时在MATLAB中搭建了风力发电机组的子模块。最后设计了基于模糊控制器的控制策略,利用MATLAB／simulink对其进行了仿真,取得了比较满意的控制效果。     

基于变分模态分解的风电齿轮箱轴承故障诊断方法

双馈异步风力发电机采用变转速变桨距的控制策略以保持风力最大功率捕获,风电齿轮箱时刻处于变速变载的恶劣工况,其关键部件极易受到损伤.针对齿轮箱轴承故障特征易受到风机变工况干扰的问题,提出了一种变分模态分解与瑞利熵相结合的特征分析方法,实现对风电齿轮箱高速轴轴承健康状态系数的估计.本文以双馈异步风机齿轮箱高速轴轴承作为研究...     

SRG风力发电系统最大风能追踪控制研究

针对在实验室条件下实现SRG风力发电系统的最大风能追踪控制的问题,对风力机的运行特性及其模拟实现方案、开关磁阻电机的工作原理及其控制方法等方面进行了研究,并对风力发电系统中实现最大风能追踪的控制策略进行了介绍,提出了基于转速反馈的SRG发电系统最大风能追踪控制方案,同时对直流电机进行了转矩控制以实现风力机输出特性的模拟.在SRG风力发电系统平台上对风力机模拟系统进行了测试评价,并进行了变风速条件下的最大风能追踪试验.研究结果表明,直流电机能够有效模拟风力机的输出特性,控制简单,抗干扰能力强,基于转速反馈的MPPT控制方法能够在风速变化时快速调节SRG输出,准确地实现最大风能跟踪.     

基于无速度传感器异步电机的风力机模拟研究

风力机模拟系统使在实验室内开展风力发电技术的各项研究成为可能。分析了风力机特性,建立了风力机模型。通过对异步电机间接磁场定向矢量控制技术的研究,考虑到安装速度传感器具有诸多缺陷,提出基于模型参考自适应（MRAS）转速辨识理论的无速度传感器异步电机的风力机模拟控制方法,并且考虑到转子时间常数对矢量控制系统的影响,采用同时辨识电机转速和转子时间常数,使系统辨识转速同时,对电机参数变化具有较强的鲁棒性。利用MATLAB/SIMULINK搭建了基于无速度传感器异步电机的风力机模拟系统,通过对风力机特性,最大风能捕获和电机参数对矢量控制系统影响的仿真,证明了系统的可行性。     

基于多岛遗传算法的漂浮式风力机稳定性多重调谐质量阻尼器优化控制

将多重调谐质量阻尼器（MTMD）引入漂浮式风力机控制领域以提高漂浮式风力机的稳定性。以NREL 5MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,提出在漂浮式风力机机舱和塔架中配置2个参数不同的调谐质量阻尼器（TMD）,并基于多岛遗传算法,算出MTMD系统最优参数。通过对3种典型工况下、有无配置MTMD的漂浮式风力机进行模拟计算,研究了最优MTMD的控制效果。结果表明：多岛遗传算法能够有效优化MTMD参数;MTMD控制优于单一TMD控制;经参数优化后,MTMD对漂浮式风力机振动的控制效果更好,塔顶纵向位移和平台横摇角标准差抑制率分别提升了80.4%和83.8%;MTMD对漂浮式风力机不同部位的控制效果不同,控制效果最好的为塔顶纵向位移、塔根横向弯矩及平台横摇角;不同环境工况下,MTMD对漂浮式风力机都有着明显的控制效果,其中纵向载荷和位移的标准差抑制率分别为10.3%~12.1%和76.1%~78.3%,横向载荷和位移的标准差抑制率分别为75%~77.7%和8.9%~10.8%。     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。