风机叶片无人机红外热图像拼接方法

针对风机叶片红外图像拼接困难的问题,提出了一种基于无人机速度信息的风机叶片红外图像拼接方法。首先,利用U-net网络预测获得叶片掩膜图像,从而去除冗余的背景信息;其次,计算平移、旋转、缩放参数使拼接图像配准;最后,使用Multiband Blend算法对拼接图像进行融合,消除视场与光照变化引起的拼缝。实验结果表明,本文提出的方法在拼接处x梯度方向上的RMSE小于SURF等传统图像拼接方法,拼接成功率达97.8%,并成功获取风机叶片红外全景图。将Multiband Blend算法应用于叶片红外图像融合,结果表明融合后图像拼接处RMSE显著降低,过渡更加平滑。     

风电机组耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

在兆瓦级风电机组中,桨叶、塔筒及传动轴作为具有一定柔性的部件容易发生形变,产生振动并形成耦合。传统分析中一般只考虑传动轴的扭振特性,难以研究低频耦合振动对系统的影响。利用FAST与Matlab/Simulink联合仿真方法,建立了包含气动力学、多体动力学及电气控制的数学模型。通过不同风况及不同幅值电压跌落的激励,分析叶尖加速度、塔筒顶部加速度及扭矩等变量,研究机组中主要部件的耦合振动。结果表明叶尖挥舞及摆振方向,塔筒顶部前后及侧向,传动轴扭振之间存在耦合振动,但各方向耦合程度不同,桨叶摆振方向、塔筒侧向与扭振的耦合对机组威胁最大。此外,湍流风下发生电压跌落也会对机组带来较大威胁。     

风电场防雷击系统设计及评估方法研究北大核心CSCD

随着风力发电的供需日益增长,风力发电机越来越多地被安装在具有高土壤电阻率和高雷击发生率的次优地理位置,这使得风力发电机的防雷系统成为风电场设计的关键因素。有效的防雷系统不仅保证了风力发电机物理结构和运行控制人员的安全,还可保护风力发电机内部的电气控制系统,以实现风能的高效消纳。基于此,文中提出了一种适用于风电场的防雷系统有效性评估新方法,在风电场早期规划阶段采用所提评估方法,可减少雷击引起的WT停机时间,从而提高风机的发电量。考虑到接地系统在风电场防雷系统中起着至关重要的作用,文中还分析了影响接地系统设计的各种参数及因素。最后,通过仿真分析,文中给出了完整的风力发电机接地系统的全波电磁仿真结果,研究表明:所提方法可有效获取影响防雷系统有效性的因素,可极大降低雷击引起的风机停机时间。     

新型高压内双馈风力发电机及其电磁特性研究EI北大核心CSCD

为满足兆瓦级风力发电机组的高压大容量需求,文中提出一种新型高压内双馈风力发电机,定子上有两套绕组,主绕组输出高电压到电网,辅助绕组输出的低电压为转子变流器的输入电压。阐述了该发电机的结构、工作原理、励磁启动方式,采用有限元方法对发电机的电磁性能进行了仿真与分析,并进行了样机试验。仿真结果与样机试验结果表明:在不同风速情况下,高压内双馈风力发电机辅助绕组端可为变流器提供稳定的低压电源,并且定子端可获得频率稳定的电压输出,满足了双馈风力发电机的高压和大容量要求。     

基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统存在的能量发射侧与接收侧需同向对准问题,该文提出一种基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统。新型磁耦合装置原边采用3个共面正六边形发射线圈,控制其激励电流幅值相等、相位互差120°,可在发射线圈上方生成空间旋转磁场,提供全向能量传输通道。该磁场的主磁通在水平面内旋转,与垂直于发射线圈平面的空芯接收线圈形成有效耦合,使磁场工作区域远离无人机机身。搭建实验平台,以系统能量传递功率和效率作为评价指标,验证系统应用于无人机无线电能补给的有效性。实验结果表明,在设计区域内,接收线圈旋转任意角度时,均可实现高效传能。     

考虑机组稳定约束的风机一次调频控制策略EI北大核心CSCD

新能源高占比电力系统迫切需要风电机组参与一次调频。对于一类基于风轮动能释放的风机一次调频控制,由于风轮转速降低且电磁功率调节服务于电网调频,其设计关键在于协调自身稳定与电网支撑。现有研究通过将输出电磁功率设定为与风轮转速正相关的变量来提升调频风机的稳定性,但其实质上不是闭环反馈控制。该文发现面对实际湍流风速,风机在渐弱阵风阶段启动调频依然存在失稳风险。为克服变化风速下调频风机的失稳问题,该文首先分析变化风速下参与一次调频风机的稳定边界及其失稳机理;此基础上,提出附加闭环转速控制环节的风机参与一次调频改进策略。最后,基于含风电的电力系统动模实验平台,验证该文提出的改进策略能够有效保证变化风速下参与一次调频风机的稳定运行。     

双馈式风力发电机的机电暂态建模EI北大核心CSCD

建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式,提出计及crowbar的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法;根据机电暂态仿真和设备参数的特征,研究网侧变流器和控制器的简化建模方法;建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据,研究国产DFIG在低电压穿越过程中crowbar、chopper的控制逻辑和有功、无功功率特殊控制策略。以华锐1.5 MW DFIG机组为例,用电力系统分析综合程序包软件仿真分析3种不同工况下的运行特性。仿真结果与现场实测曲线一致,证明所建模型准确、可靠,可用于分析大规模DFIG风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。     

光伏微网中虚拟同步发电机参数自适应控制策略EI北大核心CSCD

当太阳能大规模接入光伏微电网时,系统的惯性将会随之减少,从而导致系统在遭到扰动后可能会出现严重的频率振荡问题。针对该问题,提出了一种新的虚拟同步发电机控制策略,可有效增强系统惯性。该策略通过构建虚拟惯量和阻尼与频率偏移量间的自适应关系,使得系统可根据其暂态过程中不同阶段的系统特性来自由配置虚拟惯量和阻尼系数。相较于传统控制策略,该控制策略可使得系统在相同负荷扰动下受到的冲击减小,从而减小了系统在振荡过程中的超调量和振荡时间,有效提高了光伏系统的动态稳定性。其次,该文对系统关键参数的选取范围进行了详细分析,并利用根轨迹法确定各个参数的最优值。最后利用Mtalab/Simulink仿真工具,通过与传统控制策略相对比验证了文中新的虚拟同步发电机控制策略的有效性和优越性。     

空心导线对内冷式风力发电机电磁及冷却特性的影响研究EI北大核心CSCD

采用蒸发内冷式空心导线冷却是提升电机散热性能的一种经济而又有效的方式,针对风力发电机小倾角自循环系统中内冷式空心导线的结构布置形式,分析空心导线对发电机电磁及冷却性能的影响。首先,基于永磁风力发电机恒端电压控制策略对功率因数的敏感度特性进行分析,基于电磁场解析计算研究了空心导线对槽漏抗和漏磁系数的影响。之后,基于传热理论以及小倾角自循环沸腾实验对空心导线的换热能力以及极限热流密度进行研究,分析空心导线尺寸参数对两者的影响。最后,基于电磁和冷却性能的耦合优化求解得到10MW直驱式风力发电机内冷式空心导线的多目标优化帕累托前沿,使得优化方案在兼顾电磁和冷却性能两方面都具有更好的折衷性和准确性,优化方法和策略能够为内冷式风力发电机的优化设计研究提供参考和理论依据。     

分频风电系统风机并网实验研究EI北大核心CSCD

目前分频风电系统(fractional frequency wind power system,FFWPS)作为海上风力发电系统研究的一个新潮流,已经引起国际学术界的广泛注意。国外学者对分频风电系统应用于用于海上风电的经济性、技术可行性以及关键设备可行性等方面进行了研究,这说明分频风力发电系统是一种具有竞争力的海上风力发电系统方案。该文针对分频风电系统的结构特点,提出一种适用于分频风电系统风机并网的结构和方法,该并网方法可实现分频风电系统中风机的逐台并网,具有经济和技术上的优势。介绍分频风电系统并网主电路和控制电路的设计,以及所搭建的分频风电系统多机并网实验平台,通过实验证明所提出的并网结构和方法的可行性和有效性。     

航空永磁同步发电机系统改进型电压反馈弱磁控制策略研究EI北大核心CSCD

针对航空永磁同步发电机系统,提出一种改进型电压反馈弱磁控制策略。首先,分析基于电压反馈弱磁控制的回路设计方法以及稳定性问题。其次,提出改进型电压反馈弱磁控制方法,并进行系统稳定性分析。在该方法中,转矩电流的动态限幅值是基于弱磁区域所需的发电功率,而不是电流极限圆。同时,根据转矩电流限幅值的获取方式,将改进型电压反馈弱磁控制分为查表法和解析法。当定子铁心不饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间是线性关系,这两种形式的控制效果相同,但解析法具有计算简单、程序移植性强的优点。当定子铁心饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间的关系是非线性的,此时查找表法能够提升直流母线电压的稳态控制精度。最后,通过实验结果验证了所提弱磁控制方法的有效性。     

双馈式风力发电机低电压穿越控制策略北大核心CSCD

为解决PI电流控制器作用下双馈式风力发电机低电压穿越能力弱的问题,提出基于改进三态滞环电流矢量控制VCBTLHC的复合电流控制策略。分析了VCBTLHC的原理,解决了VCBTLHC电压矢量选择的不确定现象,导出了VCBTLHC的开关表。在Matlab/Simulink中实施了复合电流控制中两个电流调节器之间的切换策略。仿真结果表明,所提出的低电压穿越控制策略提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。     

燃煤电厂大气重金属排放控制策略EI北大核心CSCD

燃煤是人为源大气重金属的主要排放源,为制定适合我国燃煤电厂且经济高效的大气重金属排放控制策略,该文系统分析我国原煤中6种重金属(Hg、As、Pb、Se、Cd、Cr)的含量和分布特征,以及燃煤电厂大气重金属排放控制措施,建立最佳可行技术/最佳环境实践(best available technique/best environment practice,BAT/BEP)的决策树模型,并评估不同BAT/BEP控制策略的大气重金属减排效果。结果表明:燃煤电厂大气重金属排放与煤质、炉型、常规烟气污染物控制设备(air pollution control devices,APCDs)组合等显著相关。对于安装选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝+静电除尘器(eletrostatic precipitator,ESP)+湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)(或+湿式静电除尘器(wet electrostatic precipitator,WESP))组合的超低排放或近零排放燃煤机组,改性飞灰专门脱汞技术对大气汞深度脱除效果最显著,适用范围广泛;强化协同控制技术(APCDs提效)对其他大气重金属(As、Pb、Se、Cd、Cr)的深度脱除效果最显著。     

模块化多电平变流器的低频控制策略EI北大核心CSCD

为了研究模块化多电平(MMC)低频电容电压波动的问题,提出了一种MMC低频运行控制策略。首先,建立了MMC的数学模型,从能量流动的角度研究了MMC的电容电压波动情况,指出桥臂能量偏差与系统的运行频率呈反比,致使系统在低频下无法正常运行。针对这一问题,提出了一种在桥臂环流和输出电压中加入高频方波分量的方法来抑制电容电压的波动,确保MMC桥臂能量的平衡。理论分析结果表明,相比于加入高频正弦分量的方法,采用该方法得到的桥臂环流的峰值降低了50%。最后采用上述方法进行了阻感和电机实验,结果表明,模块电压波动得到了有效抑制,电机低频调速性能良好,证明了所提出的控制方法的有效性。     

抑制超低频振荡的储能控制策略EI北大核心CSCD

结合云南电网异步联网后出现超低频振荡现象,提出了抑制超低频振荡的储能控制策略。首先,基于Prony算法建立了振荡程度评价指标,应用于超低频振荡的分析与抑制。接着,提出了储能参与超低频振荡抑制的控制方式,使储能动态响应系统频率偏差变化,为系统频率振荡提供正向阻尼。然后,考虑超低频振荡抑制效果和减小储能容量需求,建立了储能控制参数优化模型,以提高储能参与超低频振荡抑制的技术经济性。最后,基于云南电网数据进行算例分析,其仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制EI北大核心CSCD

双馈风机机械与电气解耦,使得接入电网总有效转动惯量降低,增加电网频率调节压力。分析了双馈风机通过虚拟同步发电机控制实现对系统频率响应技术,研究了双馈风机在调频过程中在不同运行工况下能量变化评估方法,提出基于机组状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制。在理论研究基础上进行时域仿真,结果表明,基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制在不同出力水平下可以对系统频率提供有效支撑,提高系统频率稳定性,同时调频过程中保证机组运行稳定。     

基于VSC-MTDC的平均值建模与控制策略EI北大核心CSCD

针对基于电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电(multi-terminal HVDC transmission,MTDC)系统的电磁暂态仿真中,每一个VSC均包含多个电力电子器件,同时采用脉宽调制技术,势必增加VSC-MTDC仿真系统的数学计算量的问题,提出了一种VSC平均值模型替代VSC详细模型,以简化仿真系统。基于VSC平均值模型的简化方法,即:忽略变流器输出电压中的所有高次谐波,以受控电压源替代变流器输出,以虚拟受控电流源表征交/直流接口关系。最后,通过搭建三端VSC-MTDC输电仿真系统,对比了所提出的平均值模型与详细模型在各个工况下的系统响应,仿真结果表明,VSC平均值模型与详细模型在不同工况下,两者的系统动态响应基本一致,采用平均值模型系统仿真速度更快,仿真效率更高。     

混合式三电平中点电位平衡控制策略EI北大核心CSCD

三电平拓扑结构相对于两电平在性能上有很多优势,但是也存在中点电位不平衡这一固有问题。基于简化的三电平空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM),提出一种混合式的三电平中点平衡控制策略。该控制策略在低调制度下,根据中点电压偏移情况,结合三相电流,明确重叠区域的扇区选择原则,克服非冗余小矢量造成的中点偏移;高调制度下,充分考虑中矢量对中点偏移的影响,对不同的小三角形设置不同的时间控制因子,实现对中点电位平衡的精细化控制。基于DSP构建三电平逆变器硬件平台,在1140V/500kW三相异步电机和三相电感上完成了相关实验。实验结果验证了该方法可以实现全频率段中点电位的平衡控制。     

低频工况下MMC模型预测控制策略EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在船舶电力推进系统、电力传动以及变频驱动等领域有着广泛的应用前景。然而,MMC在启动或低频运行时,子模块(sub-module,SM)电容电压波动急剧增大,严重危害了MMC系统的安全运行。文中提出一种MMC低频SM电容电压波动抑制的模型预测控制策略。建立含共模电压的电流预测模型及桥臂电压差预测模型,构建统一控制代价函数对参考值与实测值的误差进行评估。在滚动优化中采用2N+1电平输出方式,可为低频MMC的最优控制提供更多的选择自由度。为验证所提控制策略的可行性与有效性,对其进行仿真和实验研究。结果表明,所提的控制策略能有效抑制低频时MMC子模块电压的波动,降低系统输出电流谐波含量,提升MMC系统安全运行能力。     

风电机组叶片雷击风险分布特征EI北大核心CSCD

风机叶片极易遭受雷击损伤,严重威胁风电场安全稳定运行。该文基于自洽先导起始发展模型,提出雷击叶片表面任一位置计算方法,建立叶片下行雷击风险分布计算模型。定义地面雷击截收区域和临界叶尖保护失效雷电流,考虑雷电流幅值、叶片旋角和叶片长度,计算不同装机容量叶片雷击风险分布。结果表明,叶尖保护范围随雷电流幅值的降低而降低;临界叶尖保护失效雷电流随叶片旋角的增加而减小。靠近叶尖区域的雷击风险随叶片长度的增加而减小。该文将叶片划分为Z1、Z20和Z21区域,分析不同区域叶片雷击击穿过程,建议对不同区域进行差异化雷电防护。