基于田口方法与CFD相结合的垂直轴风力机优化研究

为了进一步提升垂直轴风力机在低风速复杂城市风场中的捕能效率,采用CFD数值计算和田口试验相结合的方法,研究实度(σ)、桨距角(β)、阻尼(Cd)和密度比(ρ*)对五叶片垂直轴风力机(VAWT)气动性能的影响。将风力机的转动控制方程与流场控制方程联合求解,在数值计算中考虑风力机与流体的相互作用。研究结果表明：实度、桨距角、阻尼和密度比的变化对垂直轴风力机的气动性能有重要影响,在最优的参数组合下,五叶片VAWT的捕能效率可以达到13.537%。此外,通过对田口试验结果的分析,得到所研究的4个特征参数对五叶片VAWT气动性能的影响程度依次为：σ＞Cd＞β＞ρ*。     

具有间隙的风力机变桨距系统模糊自整定PID控制

因加工、安装和磨损的原因,大型风力机的变桨距电液控制机构铰链处不可避免的存在间隙,过大的间隙会使得变桨过程超调量增大,调节过程震荡次数过多,甚至引起叶片与塔架共振,最终导致风力机停机事故。分析了变桨距机构铰链处间隙的形成机制,提出了用模糊自整定PID控制算法对间隙进行补偿的方法,依据间隙的振-冲模型制定模糊推理规则,对PID控制器参数进行自适应整定。在间隙分别为0.2、0.4、0.6和0.8 mm时对常规PID控制器与模糊自整定PID控制性能进行对比研究。结果表明:相比常规PID控制器,模糊自整定PID控制方法使得变桨距控制系统超调量和震荡次数显著减小,有效地避免了系统变桨冲击。     

变速恒频风力发电机组液压变桨距系统的设计与仿真

针对变速恒频风力发电机组的功率控制,提出基于电液比例阀的统一控制的液压变桨距系统的设计方案,对液压变桨距系统进行了方案设计、对主要液压元件进行了计算及选型。并通过Fluid SIM 5 Hydraulics软件平台对设计的变桨系统进行仿真。仿真结果验证了液压变桨距系统设计的正确性和可行性以及仿真模型的合理性。该液压变桨距系统能够满足变桨距风力机对节距角精确快速的控制要求,且为变速恒频风力发电机组变桨距液压系统的优化设计奠定了基础。     

风电机组液压变桨距系统H∞鲁棒控制策略研究

变桨距系统是风电机组的重要组成部分,其通过改变桨距角来调整恒定功率,对系统的安全运行起关键作用。针对液压变桨距系统中存在的参数不确定和外界干扰,提出一种风电机组变桨距系统的H∞鲁棒控制策略。简化了液压变桨距系统的数学模型,并改写成标称对象的状态方程;根据系统性能要求,选取混合灵敏度优化过程中符合系统要求的加权函数,进而求得系统广义被控对象的状态空间实现;通过求解Riccati方程获得H∞控制器;进行仿真验证并与传统PI变桨控制策略进行比较,验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

兆瓦级风力机节能型电-液复合变桨距系统的设计与仿真研究

针对现有的电动变桨距系统和液压变桨距系统所存在的问题,将直驱式容控电液伺服技术与风力机变桨距系统结合,提出了一种节能型电-液复合变桨距系统。并以1.5 MW风力机为例,完成对其变桨距系统的设计、元件选型和Simulink仿真,分析了该节能型电-液复合变桨距系统在大功率风力机上应用的可行性。     

兆瓦级风机电液比例变桨距系统建模及稳定性分析

针对液压系统存在非线性和软参量等问题,以兆瓦级风机电液比例变桨距系统为研究对象,结合液压变桨距机构各部分的特性,对电液比例变桨距系统进行深入分析并建立了较精准的数学模型,采用古典控制方法分析系统的稳定性及稳定程度。结果表明:该系统模型是可靠的,为完善变桨距控制系统和深入研究风力机的功率控制提供了参考。     

基于Bladed的电液比例变桨距风力机半物理仿真平台

变桨距是风力机控制关键技术之一。本文通过对风力机空气动力学研究,为变桨距控制奠定了理论基础。为了对变桨距执行机构和控制规律进行研究,搭建了半物理仿真平台,其中电液比例变桨距执行机构和控制器按照1．5MW级风力机要求真实制造,而风力机其它部分采用“Bladed”软件的数字模型代替,同时平台提供加载装置实时模拟作用在变桨距液压缸上的风力负载。从半物理仿真平台试验结果表明,变桨距控制满足功率稳定的要求。     

直角变桨阻力型垂直轴风力机气动性能研究

为了降低阻力型风力机逆风侧负转矩对风轮效率的不利影响,提出一种具有直角变桨功能垂直轴阻力型风力机。通过理论分析和计算,建立风力机的效率系数预测模型,得到风力机运行的最适宜叶尖速比和最大效率。利用数值仿真软件,使用动网格方法对风力机的运行状态进行瞬态仿真运算,分析风力机运行过程中的流场和气动参数变化。仿真结果表明：风力机在叶尖速比为026附近时效率最高,最高可以达到028。仿真结果基本符合理论预测模型计算结果。     

风力发电机液压变桨距系统研究

介绍风力发电机组变桨距控制原理;并以2.5 MW风力发电机组为研究对象,根据变桨速度和力矩的要求设计液压控制系统,分别对开桨和关桨时的液压系统进行建模,对变桨距系统进行仿真,并分析了系统的稳定性,为更深层次的仿真研究和系统优化提供理论依据。     

基于CFD的垂直轴式风力机关键技术研究

在垂直轴风力机结构设计的基础之上,采用CFD技术对其流场及气动性能作了深入分析。根据分析结果来研究叶尖速比、叶片翼型、叶片安装角度等因素对风力机气动性能的影响,得出了翼型在叶尖速比λ=2、风速约为12 m/s时,风力机风能利用率最大,从而为风机叶轮优化设计提供了参考。     

风力机变桨距的模糊PID参数自整定控制

针对低风速和高风速两种工况,制定风力机变桨距控制的策略,建立风力机变桨距机构各部分的数学模型,设计模糊PID参数自整定控制器并进行仿真.仿真结果证明:模糊PID参数自整定控制器能有效地抑制发电机输出功率和转速在起始阶段的超调和波动,且能较快地达到稳态,较好地实现了控制要求.     

MW级风力发电机组变桨距系统建模研究

由沈阳工业大学研制的MW级变速恒频风电机组属于变桨距型机组,它在额定风速以上进行变桨距调功控制.本文针对该机组的特点,分别建立了关桨过程与开桨过程变桨距系统的控制数学模型,该数学模型是设计变桨距控制律、了解变桨距系统动态特性的基础;应用该数学模型,在MW级模型机上进行实验,得出了系统的正弦响应曲线.     

小型风力机气动特性研究平台设计与实现

风力机的气动特性是衡量风力机性能的重要指标,对风力机各种工况下的气动特性进行研究有重要的应用价值。本文设计并建造了一种三叶片可以独立变桨,机舱可以偏航的风力机实验器。编制了测控系统软件,可以对变桨、偏航机构进行控制,测取实验器增减速过程,绘制实验器角加速曲线、偏载特性曲线。利用本文设计的实验器和测控软件在风洞中进行了减速曲线测取和偏载特性测量实验,实验结果与理论分析一致。经试验验证,实验器变桨、偏航机构设计合理,叶片、机舱角度定位准确,测控系统运行稳定。     

基于半物理仿真的变速恒频独立变桨距控制

依据对风力机变速恒频变桨距控制原理,提出了电机电磁阻转矩调节和分段PID权系数分配的控制算法分别实现变速恒频和独立变桨距控制,同时由于风力机系统的大惯性、迟滞,采用了变桨距与变速恒频两算法切换过程以预测功率为界的综合控制算法代替了传统控制中以额定功率为界以减小输出功率的波动.将控制算法应用到自行搭建的半物理仿真试验台上进行试验分析,在风速高于额定值时,独立变桨距控制不仅稳定了发电机输出功率,而且与统一控制相比大大减小了桨叶拍打振动;当风速在额定值左右变化时,运用综合控制算法比传统控制大大稳定了发电机输出功率.     

风力机液压变桨距控制系统建模与动态特性分析

建立风力机液压变桨距控制系统数学模型,利用MATLAB/Simulink对系统进行了仿真分析,并验证了其稳定性,证明了液压变桨距控制系统设计的可行性以及设计参数的准确性。同时加入PID校正环节并基与Ziegler-Nichols理论整定PID控制器参数,提高了控制系统的动态特性。     

风力发电站变桨轴承断裂分析

变桨轴承是风力发电的关键部件,通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片的迎风角,使叶片保持最佳的迎风状态,从而控制叶片的升力,从而达到控制叶片上的扭矩和功率的目的。变桨轴承在风电发电机组故障中故障率最高,运行过程中故障清除的成本高。通过超声波检测、解剖、宏观检查、样品金相分析、化学元素分析、缺陷电镜扫描等手段分析了一批变桨轴承断裂的原因。     

基于NMPC-PID的大型风力机独立变桨控制

大型风力机的不平衡载荷会使叶片断裂,造成事故从而减短其使用寿命。针对大型风力发电系统在高风速区的不平衡载荷问题,提出一种NMPC-PID的独立变桨载荷控制方法。非线性模型预测控制(NMPC)用于及时调整风机桨叶的桨距角,PID控制则用于消除塔架振动的影响。运用机制方法在仿真平台搭建风力发电系统模型,运用所提控制策略进行仿真实验,并在两种情况下与模型预测控制方法(MPC)进行对比,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

具有功率调节和容错能力的风力机自适应控制

水平轴风力机面对高风速变化工况时,极易出现转子灾难性失控超速运行,此时风能转换效率低于预期值,同时恶劣的环境也对桨距角控制提出了容错要求。针对这些问题,提出一种具有功率调节和容错能力的风力机自适应约束控制方案,通过自适应约束的桨距角控制实现安全可靠的功率调节,并集成容错能力以补偿可能的故障影响。介绍水平轴风力机的数学模型和运行要求,分析基准的非线性自适应约束控制方案的设计过程,并在此基础上讨论具有未知控制增益、任意初始条件和存在故障影响下的设计方案,最后搭建MATLAB仿真模型对所提出的方案进行验证。仿真实验结果表明：所提方案可以提高风力机的功率调节效率,同时在不同工况和不同故障条件下均能将转子速度和发电功率控制在安全范围内。     

某风电场风电机组变桨电机轴承失效原因探析

变桨电机作为风力发电机组变桨动作的动力单元,其可靠运行是决定风力发电机组正常运行的核心。针对某风电场风电机组出现的变桨电机异响、卡涩故障,通过对故障电机拆解分析,查出失效点为变桨电机制动器端轴承失效。基于轴承的失效状态,结合电机结构及运行环境,分析电机制动器端轴承失效原因,并针对变桨电机结构提出设计优化建议。     

基于影响系数法的变胞机构运动分析

采用影响系数法建立了变胞机构的运动学方程.通过对变胞机构构态变换前后的影响系数矩阵分析,提出了一种求解不同构态下影响系数矩阵的便捷方法.