风力机风振背景、共振响应特性及耦合项分析

基于已提出的可考虑结构共振模态之间、背景与共振模态之间耦合效应的风振计算方法“一致耦合法”,对某兆瓦级大型风力机系统进行风振反应分析。首先建立风轮-机舱-塔体一体化有限元模型,获取并分析系统动力特性;然后采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论,模拟考虑相干和旋转效应的风轮-塔架脉动风场;最后进行风力机塔轮系统结构的风振动力反应计算。通过与全模态精确解的对比探讨,揭示了风力发电塔轮系统风振背景、共振响应分布特性,以及模态间耦合效应的作用机理,并给出了风力机塔轮系统风振系数的建议取值,为兆瓦级风力机系统的抗风设计提供科学依据。     

风电机组挠性组件三维多实体仿真

本文提出风力发电机组动力状态仿真的一个新的方法与例证。主要包括风电机组挠性组件(如风轮与塔架)的完整的三维模型的多实体仿真。由于用多实体仿真(MBS)及有限元件法(FEM)减少了标准方法的分析，仿真模型避免了程序设计错误。在发电机内任何重要点的运动与作用力，都可以用三维动画图形成先进的分析结果清单来表述。三维动画保证了可靠性的简单检查。计算示例考虑了整个风轮叶片及塔架结构的有限元件法及他们的挠性特征。实现了所有构造元件(风轮，传动轮系，齿轮箱及发电机)的惯性作用，模拟了节距控制与偏航控制及发电机特征力矩。计算了导出风速，局部气流的相互作用及叶片与塔架的振动。先进的三维仿真可对正常运行及极端支荷进行安全、逼真的预报。     

基于柔性多体动力学的风力发电机固有振动频率研究

水平轴风力发电机大型化、柔性化的发展趋势使得基于小变形假设的线性分析方法不再合理。大型风力机柔性叶片和塔架的耦合振动加剧,需采用整机模型对其进行分析。基于柔性多体动力学理论,采用刚体有限元方法建立了风力发电机的整机结构动力学模型,该模型不受几何变形量大小限制,能够对风力机在各种情况下的整机振动进行分析。模型结果与其他程序进行了对比,证实该文模型的精度比模态方法更高。研究了叶片和塔架在耦合与非耦合状态下整机的固有振动频率,结果表明:在整机状态下塔架和叶片的部分高阶频率发生了变化,系统中有新的耦合振动频率产生,这意味着用单个柔性部件的固有频率去评估整机的振动是不可靠的,对于大型风力机必须采用整机模型。     

提高风力发电机组发电量的研究

介绍了通过增加风轮受风面积、提高风机塔架高度、变速恒频和调节浆矩4种提高风力机组年发电量的方法。     

风力发电机组全功率试验台搭建及应用

为了降低风力发电机组现场调试的高成本和高风险,在车间完成对机组整机性能的测试,采用数字仿真模型与全功率拖动平台联合实时测试的方法搭建了风力发电机组全功率试验平台.其中,数字仿真模型使用基于多体动力学的线性变参数(LPV)建模方法对叶片以及塔架等柔性部件进行详细建模,采用仿真计算出的高精度模拟信号作为系统的输入;拖动平台采用伺服拖动系统模拟风轮的气动输入作为系统的执行机构.测试表明,该试验平台能够在不增加复杂装置的情况下,将叶片模态以及塔架模态纳入到测试系统中,使测试结果更加接近现场实际情况,保证机组装机后安全稳定的运行.     

风浪扰动下海上风电机组塔架载荷与输出功率的协同优化控制

风浪扰动导致海上风电机组响应特性复杂,控制器需要综合处理多种外源扰动。此外,气动力造成风轮旋转与塔架运动的耦合作用,增加了变桨控制器设计的难度。首先,通过动力学分析建立合适的海上风电机组低阶数学模型。然后针对风浪扰动,提出了随机干扰调节控制器(SDAC)。最后协同输出功率控制与塔架载荷控制,设计含线性二次型调节器的变桨控制器。基于GH Bladed软件的仿真结果表明,相较于传统控制器,SDAC能够优化机组输出功率波动,降低塔架载荷,实现塔架载荷与输出功率的协同优化。     

单桩式海洋风电装置风振数值分析和现场监测研究

为了研究大型单桩式海洋风电装置风振效应较为显著的原因,利用p-y曲线法考虑结构的桩土相互作用,理论分析了风-结构流固耦合的原理与特性,并通过ADINA软件建立了"风轮-机舱-塔架-基础"整机的数值模型,对风电装置整机结构的风致振动问题进行了数值模拟,并与现场监测数据进行对比。结果表明,数值模态分析与现场监测结果较为吻合,考虑流固耦合效应的风致风电机整机结构的动力响应数值分析与现场振动监测结果较为接近,且趋势一致。研究成果证明了文中提出的整机数值模型和数值风洞对风电机整机结构进行风振分析的可行性与可靠性,可为风电装置结构设计及振动控制仿真研究提供科学依据,为类似工程结构的风振分析提供借鉴。     

基于IEC 61400121: 2017的风轮等效风速研究

2017版风电机组功率特性测试标准与2005版功率测试标准的一大改变在于风速的定义,前者规定应基于风轮等效风速评估风机的功率特性。分析了新版标准中的风轮等效风速的定义,提出了计算叶尖低处区域面积和叶尖高处区域面积的简化算法,验证了两种风轮等效风速计算方法的有效性和可行性。     

风力机风轮叶片振动特性分析

利用ANSYS软件,对20kW风力机的风轮叶片进行了有限元分析,得到了风力机风轮叶片上不同阶次的振动频率数据.这些数据可以为风力机运行的改善提供参考.     

大跨越输电塔线体系风振控制

大跨越输电塔线体系是由导线和输电杆塔构成的结构体系。文章根据大跨越塔线体系的动力特性、塔架的振动特点,建立了考虑导线、绝缘子和塔架3 种构件组成的塔线耦合体系的非线性计算模型,并进行了动力特性分析。研究采用调频质量阻尼器(TMD) 以控制塔架第一振型振动,采用多个粘弹性阻尼器(VED) 用于增大塔线体系阻尼,减小塔线体系振动。两者联合对大跨越输电塔线体系进行风振控制,可使其响应最大值减小10 %～20 %。     

风电装备腐蚀分析与涂料防护综述

从涂装防护的角度,基础及支撑结构(塔架)、风轮叶片及机舱罩和整流罩、发电机组、控制电气设备、变压器等部件是重点。风电是典型的区别于传统能源的新能源。和太阳能发电等其他新能源相比,风电的发展更具有规模和经济优势,特别是随着化石能源的逐渐枯竭、     

高压架空输电线路钢结构塔架与导线风致耦合振动现象研究

高压架空输电线路在多风地区，输电线路塔线易产生风激振动，使导线在塔架的悬挂点附近产生疲劳破坏，造成巨大损失。在导线的防风振设计中，传统方法一般将塔、线分开进行。但越来越多的证据表明，在风作用下，塔架也要产生振动，与导线的风振耦合后，往往会大大加剧导线及其悬挂金具、甚至塔架自身的破坏。文中研究了现场实测塔架与导线的耦合现象，对其发生机理进行了探讨。     

海上风力发电塔脉动风速时程数值模拟

为了分析海上风机结构在时域内的风振动力反应,进行了脉动风速时程数值模拟研究。根据风机结构体型特征和脉动风功率谱特性,研究了叶片与塔架风场的相干性效应,提出考虑叶片与塔架相互影响的谐波叠加法(harmony superposition method with blade-tower interaction,HSM- BTI)。通过该方法对风机结构随机风场的脉动风速时程进行数值模拟,并对计算功率谱与目标谱进行校核,验证了HSM-BTI方法对风机结构脉动风速时程模拟的适用性。     

引进超临界600MW汽轮机调节级叶片的运行可靠性

大容量汽轮机调节叶片的运行可靠性，直接影响发电机组的可用率和安全性。本文应用先进的分析技术，提出了超临界６００ＭＷ汽轮机调节级叶片振动强度设计上存在的问题及叶片损坏的原因，对提高超临界汽轮机调节级叶片运行可靠性具有实际意义，同时对分析叶片一叶轮系统振动特性提供了新的分析手段。     

兆瓦级风力发电机组塔架结构的优化设计

利用有限元分析,研究了风力发电机组塔架的动态特性及影响因素,并采用仿真技术对兆瓦级风力发电机组塔架进行了静态和动态分析。为优化塔架的结构参数,采用正交设计对其结构尺寸进行了优化。     

变速变桨风力发电机组塔架的侧向振动控制

针对结构阻尼很小的大型兆瓦级变速变桨(Variable Speed and Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制塔架的侧向振动问题进行研究,提出在控制器的设计中,借助反馈增益并使用塔顶振动加速度测量值来确定附加的电机转矩设定点,并在反馈控制回路中使用椭圆带通滤波器和切比雪夫低通滤波器,进而改善塔架侧向振动阻尼。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略进行仿真验证。结果表明:所提出的控制策略能够有效降低塔架的侧向振动位移,且对叶轮转速和电机扭矩没有太大影响。     

高耸变截面输变电塔架结构振动分析

分析高耸变截面输变电塔架结构的动力特性以及对于灾害的预防措施.通过对塔架结构的简化模型分析,建立并求解结构动力学平衡方程,从而得出动力特性数学表达.计算推导公式较为准确地模拟了塔架结构的受力状态,推导结果也基本反映了塔架的动力特性:随高度的增加其振动频率逐渐减小,并且这种变化呈增大趋势.设计和施工时应充分分析塔架结构的动力特性,尤其是在地震频发和风荷载较大地区,提出合理的结构处理措施,利用或者减小动力特性对高耸变截面塔架结构的影响,使塔架结构更加安全.     

基于LESO的海上风机塔架振动无源控制

以海上永磁同步风力发电系统为研究对象,考虑风、波浪载荷对海上风机支撑结构的影响,研究塔架前后/两侧振动的控制及干扰抑制问题。将波浪载荷作为外部干扰,提出基于线性扩张状态观测器的塔架振动无源控制方法。首先,根据海上塔架振动的基本模型建立反映系统物理结构特性的端口受控哈密尔顿(port-controlledHamiltonian,PCH)模型。然后,进行无源控制器(passivity-based controller,PBC)和线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的设计,通过LESO对干扰进行观测,无源控制器用于实现塔架振动的抑制,并对LESO的估计能力和闭环系统的稳定性进行理论分析。最后,与线性自抗扰控制(linearactive disturbancerejectioncontrol,LADRC)策略和无源控制策略进行仿真对比,仿真结果表明提出控制策略的有效性。     

风力发电机组旋转湍流风场数值模拟

为准确得到风轮旋转效应对风力发电机组湍流风速脉动分量的影响,推导了旋转Fourier自谱和互谱。分析了风轮旋转效应通过相干函数和相位延迟体现的物理本质,提出了引入相位延迟参数的旋转Fourier自谱和互谱。以旋转Fourier自谱和互谱的模构建旋转谱矩阵,对其进行Cholesky分解,将相位延迟引入谱表现方法中实现风力发电机组湍流风场的模拟。最后,结合某1.5MW三叶片变桨距风电机组进行纵向脉动风速时程的数值模拟,并对计算功率谱与目标谱进行了校核,证明该文算法可以更为准确地模拟作用在风轮旋转叶片上的脉动风速时程。     

转子-轴承耦合系统动力响应问题研究

应用有限元法，从流固全耦合角度建立了以速度、压力为求解对象的汽轮发电机组转子—轴承系统动力特性分析模型，研究了不平衡转子在轴承内定速旋转时的流固耦合问题，讨论了各种参数变化对流场和系统动力特性的影响。结合实例深入研究了耦合系统动力特性，指出耦合系统动力特性与单个子系统有一定差别，在高速、大偏心和大不平衡力作用下时较明显。