基于LabVIEW的风机偏航数据采集系统

风电机组的偏航系统是风电机组的核心部件,目前风电机组监测系统只是对关键部位及信号进行了监测,迫切需要增加对风电机组偏航系统的监测。设计了一种基于LabVIEW的风机偏航数据监测系统,利用LabVIEW图形化编程开发环境实现了数据的实时采集、显示、自动保存及离线分析等功能。实验表明,该系统能够较好的实现偏航系统数据采集与状态监测,并可根据需要进行功能扩展。     

大型风电轴承的发展趋势

很多研究以及目前主要制造商的设计趋势表明,圆锥滚子轴承更能适应大型风电机组的运行。圆锥滚子轴承可承受复合载荷,提高系统刚性,保证风机在更大的载荷下稳定运行。     

叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析

以兆瓦级直驱式风电机组为研究对象,进行叶片断裂事故发生后风电机组动态特性分析。通过将风轮载荷模型、机电耦合模型和变桨距控制等多个风电机组子系统模型进行集成,得到较完整的系统整体模型。在风轮载荷模型中,不但考虑气动载荷,也考虑惯性载荷和重力载荷等;变桨距控制充分考虑变桨距机构动力学特性。在Simulink环境下建立风电机组数值仿真模型,并假定叶片断裂后几秒内风电机组尚未停机进行仿真研究。研究结果发现,一个叶片断裂后,风轮旋转力矩出现突变,发电机电磁力矩快速响应风轮机械旋转力矩,风轮转速能控制在设定值附近波动;风电机组能量捕获与转换出现失衡,变流器直流电压、输入电网有功功率和无功功率等都出现大幅度波动,造成对电网的冲击。通过分析叶片断裂后风电机组动态特性,能够为风电机组结构设计、运行控制等提供有益的参考。     

叶片覆冰对抗冰冻机组载荷特性的影响

风电机组运行在低温、高湿的环境中,叶片往往会出现结冰现象.叶片覆冰后改变了叶片原有翼型形状且影响叶片的固有频率,进而影响风电机组的载荷特性.抗冰冻机组从安全性设计角度考虑低温环境下叶片覆冰对风电机组载荷的影响.以某2MW陆上抗冰冻机组为研究对象,采用GH Bladed软件建立风电机组模型,结合特定环境条件考虑均匀覆冰、不均匀覆冰以及低温环境中不同空气密度对风电机组极限载荷的影响,统计风电机组关键部件中叶片、轮毂、塔架上的载荷,分析叶片覆冰前后风电机组关键部件极限载荷变化情况,为抗冰冻机组的设计优化提供参考.     

计及发电量损失的风电机组调频自适应控制策略研究

从风电机组运行效益及经济性角度出发,建立了风电机组静态功率数学模型,计算调频标准要求所对应的调频响应值,采用拉格朗日乘子法离线提取出频率—功率—桨距角之间的关系,提高了在线寻参效率。风机核心控制器接收来自于电网的频率信息及风机的功率信息,采用双线性插值法求解出风电机组桨距角给定值来对风电机组进行实时调频响应,减少了发电量损失,提升了系统的经济性,具有较强的调频适应性及鲁棒性。     

大型风电机组变桨技术研究

变桨控制是大型风电机组控制的核心,变桨技术在大型风电机组中占据着重要位置。加强对变桨技术的研究具有重要意义,是进一步提升大型风电机组性能的必然要求。独立变桨控制技术的应用能够有效减少风电机组关键部件的载荷。加强对变桨技术的研究是进一步提升大型风电机组性能的必然要求。本文将重点探讨大型风机机组液压变桨和电动变桨技术。     

一种点阵式海上风电机组基础结构水动力稳性研究

针对风电机组一体化概念建立了一种点阵式风电机组一体化基础(DMF)设计方案。对整体结构参数和力学模型进行分析,确立了新型点阵式基础整体方案可行性和优越性。结合传统OC4半潜式风机系统,开展风浪流载荷下的水动力模拟仿真,得出纵摇运动中DMF比传统OC4系统稳性提高了70%。基于相似理论开展了DMF小比例样机加工和风浪水槽模拟实验,实验结果与模拟数据具有较好的一致性。     

海上风电机组关键部件的仿真分析及设计优化

针对海上风力发电机组进行了仿真和关键部件载荷计算,对海上风电机组的叶片进行了建模和参数选择,建立了风机机械系统模型,并进行了静态和动态的仿真,获得了多个部件的极限和疲劳负载。同时对不同海况下风电机的性能进行了初步探讨,为进一步开展海上风电机组的研究奠定了基础。     

基于叶尖定时的风机叶片裂纹故障识别研究

风机叶片作为风电机组的关键部件,其裂纹故障尤为常见。 裂纹的存在会导致叶片或机组出现损坏。 为此,基于叶尖 定时原理和分析方法,提出一种风机叶片裂纹故障的识别方法。 首先,依据叶尖定时原理,分析叶片在载荷作用下裂纹对叶尖 偏移的影响,建立叶尖偏移与叶尖偏移时间之间的数学模型。 其次,通过仿真分析叶片在不同状态下叶尖偏移程度,结合不同 工况参数与叶尖偏移时间之间的数学模型,识别裂纹特征信号。 最后,利用风机模拟试验台实测叶尖信号,结果表明本文所提 的识别方法对裂纹的特征信号的成功提取达到了 92% 以上,并且能够实时完成裂纹信号的提取和分析,说明此方法能够实现 裂纹故障实时识别。     

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。     

新能源主动支撑电网能量获取及调配策略研究

为满足新能源风电主动支撑电网的调频需求,实现风电大比例友好接入电网,分析了风机实物轴上能量获取及转化特征,推导了实物轴上惯性能变动量化公式,同时推导了变桨方式能量调配计算方法,得到三维动态联合储能及能量调配控制实现策略.然后,把风机能量调配策略应用于风机虚拟同步机控制中,设计了风机虚拟同步机控制策略,融入正常风机控制逻辑中,实现了风电主动支撑电网的控制策略.控制策略经仿真及现场实验的检验,结果表明,风机能量调配策略能精确预留风机调频备用能量,风机虚拟同步机控制能实现电网主动支撑.     

计及风电的电力市场中居民需求响应分析

研究了 ２ 种类型的需求响应策略对含可再生能源电力市场的影响.考虑寡头垄断电力市场,利用经济学原理模拟电力市场交易,利用安全约束机组组合进行电价出清.选择分时电价、实时电价和尖峰电价作为基于价格的需求响应,以及 ３ 种紧急需求响应价格作为风电场景下基于激励的需求响应.然后建立了用户需求响应模型,考虑日前市场和实时市场 ２ 种情况下的约束,并提出联合求解算法.最后利用 IEEE６ 节点系统进行仿真,分析了不同需求响应策略下机组的交易情况,说明了模型的有效性.     

电液比例变桨距风力机半物理仿真试验台

针对风力机变桨距控制研究的重要性，提出风力机电液比例变桨距系统半物理仿真试验台的设计方案。通过风力机空气动力学分析和模型研究，为变桨距控制提供了理论基础。当仿真风速信号在额定风速上下变化时，加载装置实时模拟作用在变桨距液压缸上的风力负载，同时仿真平台中电液比例变桨距执行机构控制桨叶节距角发生相应的变化，通过风力机模型实现半物理仿真，最终输出功率稳定在额定功率附近，达到了变桨距功率控制的要求。     

Wind turbines abnormality detection through analysis of wind farm power curves

Abnormality detection and prediction is a critical technique to identify wind turbine failures at an early stage, thus avoiding catastrophes. In this study, we propose a new abnormality detection and prediction technique based on heterogeneous signals and information, such as output power signals and wind turbines downtime event information collected from the supervisory control and data acquisition (SCADA) system. First, discriminant statistical feature extraction is performed on the power signals in both the time-domain and frequency-domain. Then, a sideband expression is derived for normalized statistical data based on quartiles. In addition, a dissimilarity metric is defined to calculate the distances between downtime time intervals, and a higher dimension feature space is obtained. To reduce the dimension of the feature space, the Laplacian Eigenmaps (LE) nonlinear dimensionality reduction method is implemented. Afterwards, a Linear Mixture Self-organizing Maps (LMSOM) classifier is applied to differentiate abnormal types and a cumulative trend difference method is utilized to predict the faults in wind turbine. The method is validated and applied to data collected from a wind farm in north China. The results show that the proposed technique can effectively detect and predict wind turbine abnormalities.     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

Mechatronic modeling of a 750 kW fixed-speed wind energy conversion system using the Bond Graph Approach

In this paper, we would like to focus on modeling main parts of the wind turbines (blades, gearbox, tower, generator and pitching system) from a mechatronics viewpoint using the Bond-Graph Approach (BGA). Then, these parts are combined together in order to simulate the complete system. Moreover, the real dynamic behavior of the wind turbine is taken into account and with the new model; final load simulation is more realistic offering benefits and reliable system performance. This model can be used to develop control algorithms to reduce fatigue loads and enhance power production. Different simulations are carried-out in order to validate the proposed wind turbine model, using real data provided in the open literature (blade profile and gearbox parameters for a 750 kW wind turbine).     

Load and dynamic characteristic analysis of wind turbine flexible blades

Aiming at the Megawatt (MW) scale wind turbine, a dynamic analysis and simulation method is presented to research blade loads and dynamic characteristics. To consider blade flexible deformation, the whole blade was divided into a number of units. Each unit was treated as a rigid body, the flexible connection between two adjacent units is considered. A nacelle coordinate system, a rotating shaft coordinate system, and a blade coordinate system were employed to describe the wind turbine blade. In those coordinate systems, blade inertial load calculation model, centrifugal force load calculation model and gravity load calculation model are established. Combining load model with the whole model of wind turbines, the real-time dynamic simulation model of blade loads was established in Simulink circumstance and a numerical simulation was performed. Based on the simulation analysis, some research results were obtained. When the large instantaneous fluctuation of electromagnetic torque of generator happens, rotor speed does not appear to have large fluctuation due to the inertia of the wind rotor, but the blade vibration speed changes obviously. Gravity has a periodic variation in the process of blade rotation and has a large influence on the edgewise moment. The research results provide a helpful reference for the structure design, operation, and control of wind turbines.     

变风速条件下风力机轴承故障特征提取

针对风速变化条件下风力发电机轴承故障特征的检测问题,提出了一种基于灰狼优化( GWO )和双稳态杜芬振荡器的随机共振( SR )的故障特征提取方法.首先,根据风速估计故障特征信号的频率,通过合适的采样频率采集风力发电机的振动信号并对采集的信号做归一化处理.随后,根据风速尺度引入变换系数对频率 时间尺度进行变换.此外,利用灰狼算法方法将杜芬振子的阻尼比和系统参数调整到最优值.最后,通过杜芬系统和尺度恢复获得可识别信号.结果表明,所提出的方法能提取原始信号中的故障特征信号.     

基于电蓄热与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略（英文）

为解决"三北"地区冬季供热期由于热电机组"以热定电"运行约束而导致的严重弃风问题,该文在研究电热负荷与风电出力分布特性以及不同时间尺度风功率波动特性的基础上,提出了基于电蓄热与抽水蓄能的两级协调控制策略。第一级协调控制以系统运行成本最小和风电利用率最大为目标,根据电热负荷和风电预测出力,通过电蓄热与抽水蓄能在调节容量上的优化配置,提高系统运行经济性和风电消纳率;第二级协调控制针对风电出力的实时波动,根据风电计划上网偏差,通过电蓄热与抽水蓄能的协调控制,平抑风电实时波动,提高风电消纳水平。结合甘肃酒泉实际运行的风电场站,所提出的协调控制策略的有效性得到验证。     

额定风速以上永磁同步风力发电系统的自适应控制

由于受到机械负载和电气负荷限制,风力发电系统在额定风速以上时必须运行在恒功率状态,考虑到风机本身固有的非线性特性,以及大风速下外界干扰对风机系统参数的影响,设计了风力发电系统的自适应控制器.采用永磁电机转子磁场矢量控制原理,实现了发电机系统解耦控制和恒功率控制.理论分析和仿真结果表明,所设计的控制器可以保证在额定风速以上变化,系统参数不确定的情况下,仍能使永磁同步风力发电系统安全可靠运行并获取最大风能的目的.