两种宽频调谐质量阻尼器仿真及应用

提出了两种宽频调谐质量阻尼器(TurnedMassDamper-TMD),即梁式调谐质量阻尼器(Girder-ModelTunedMassDamper-GTMD)和环式调谐质量阻尼器(Ring-ModelTunedMassDamper-RTMD)。将GTMD安装到振动结构上,对比安装前后振动结构的位移响应,仿真实验表明GTMD能够在较宽的频率范围内有效地抑制结构的振动。随后将RTMD应用到桥式5轴联动加工中心的主轴系统上,仿真实验表明,RTMD有效地抑制了主轴系统加工部位的振动。     

基于模糊逻辑推理的风机塔筒半主动控制

采用基于模糊逻辑推理的半主动控制技术对风机塔筒进行风致振动控制,通过对塔筒结构实时的动力响应进行模糊逻辑推理,利用半主动控制算法调节调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的阻尼系数,输出不同的阻尼力,对塔筒结构进行振动控制。通过Simulink软件进行半主动模糊控制系统仿真,结果表明,基于模糊逻辑推理的半主动控制比传统被动控制的控制效果更好,可以大幅降低塔筒结构顶端的位移响应。     

半主动TMD控制双跨轴系过临界振动的研究

针对多轴串联机械通过临界转速时振动过大的问题,对调谐质量阻尼器在双跨轴系振动控制中的应用进行了研究。并基于转子结构,设计了具有对称结构的笼式半主动调谐质量阻尼器用于控制轴系振动;搭建了双跨转子实验台,在不改变转子轴系原有支撑形式上,在两根轴上分别安装了调谐质量阻尼器,对调谐质量阻尼器对轴系各跨转子振动的影响规律进行了实验研究。研究结果表明,不可控调谐质量阻尼器可以有效抑制安装所在轴临界转速附近的振动,对相邻轴影响较小,但会引起新共振峰。根据此实验结果通过开关控制策略实现调谐质量阻尼器半主动控制,说明半主动调谐质量阻尼器可以在不停机的情况下,抑制转子轴系通过各阶临界转速时的振动,避免失谐。     

风机塔筒风致振动的半主动控制研究

风机塔筒的振动控制技术一直是风能开发应用领域的关键技术之一,传统的被动控制技术控制效果不稳定鲁棒性差,在恶劣多变的风况环境中在结构稳定、宽频率、自适应能力好的振动控制技术能保证风电机组的高效运行。论文通过半主动控制方式对风机塔筒结构进行风致振动控制。根据主动最优控制算法LQR计算出主动最优控制力,然后按照限界主动变阻尼算法建立半主动控制算法,从而在不提供额外动力源的情况下实现主动最优控制。论文应用TMD主动变阻尼控制器建立TMD控制系统,并对风机塔筒的风致振动进行控制。最后通过对比风机塔筒结构在无控、被动控制、半主动控制作用下的PSD随机振动响应,发现半主动控制方式下风机塔筒结构的振动响应最小。结果显示:风机塔筒结构的半主动控制方式对于随机变化的风况具有一定的适应性,它的控制效果更加稳定且明显好于被动控制方式。     

低风速风机叶片结构对平准化度电成本的影响

平准化度电成本（LCOE）作为评估风电项目综合竞争力的重要经济性指标，其受到风机叶片性能的影响。本篇论文以低风速风机叶片作为研究对象，结合特定风场条件，基于修正叶素动量理论（BEM）分析叶片的结构参数与气动性能，研究低风速风机叶片结构对风电机组全生命周期LCOE的影响，通过模式搜索算法（PS）优化低风速风机叶片结构参数，计算并对比优化前后的风电机组全生命周期LCOE。结果表明，在特定低风速风场条件下，通过优化叶片结构参数可以有效降低风电机组全生命周期的LCOE，优化叶片后风电机组的LCOE降低了6.9%，达到了预期的效果。     

一种新型垂直轴风力机的尾流特性研究

以塞内加尔式风机为原型,结合垂直轴风机和水平轴风机的特点,研究一种风轮水平放置的新型结构的风机。利用ANSYS Workbench软件搭建风机模型,分析风机结构及周围流场的分布。基于空气动力学原理和流体力学软件,对风机的流场特性模拟仿真。分析在有无障碍物影响时,风机在风场中的受力,由障碍物对流场的阻碍作用提出了并行放置两排高低不同的机组的新型结构。对此风机附近流场尤其下风侧的尾流进行研究和仿真,结果显示,全新的机组结构能提高的风能利用率,充分利用风能,仿真验证了两排风机系统的可行性,为风电场机组的进一步优化提供了依据。     

基于TMD-HMD的海上浮式风力机主被动综合振动控制

在恶劣的海洋环境中,随机风浪载荷使风机平台和塔顶产生较大的振动位移,严重威胁风机结构的安全性。为此提出TMD-HMD主被动综合控制方法对海上浮式风力机进行振动控制,在Spar式浮动风力机平台内放置多个调谐质量阻尼器,构成多重调谐质量阻尼器(Multiple tuned mass damper,MTMD),在机舱内放置一个调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)。首先基于欧拉-拉格朗日能量方程建立了风机系统11自由度空间动力学简化模型,利用Levenberg-Marquardt算法估计平台的刚度和阻尼参数,并通过与美国可再生实验室开发的FAST全耦合模型对比验证了模型的正确性;然后采用Van-Nguyen Dinh的方法优化了TMD的参数;接着在机舱TMD上施加主动控制力形成混合质量阻尼器(Hybrid mass damper,HMD),与平台TMD共同构成TMD-HMD综合振动控制系统,其中主动控制力通过线性二次型控制(Linear quadratic regulator,LQR)获得,LQR中的权重系数Q和R采用穷举法优化;最后在风浪联合载荷下分别研究了TMD被动控制和TMD-HMD主被动综合控制对风机动态响应的抑制效果。结果表明:与单独TMD被动控制相比,TMD-HMD主被动综合控制对风机平台纵摇角和塔顶纵向位移的抑制效果分别提高了约38%和20%,使其振动能量分别减少了72%和40%。     

双级串联调谐质量阻尼器减振镗杆的设计与性能仿真分析

针对大长径比镗刀杆在加工大型复杂零件的孔及孔系结构中容易产生振动、加工效率低且加工质量不稳定等问题,提出了一种内置双级串联调谐质量阻尼器的新型减振镗杆,建立了减振镗杆的力学等效模型,通过求解和分析减振镗杆的振幅比,确定了减振镗杆最优的阻尼器长度及阻尼比。利用MATLAB/Simulink分别求解减振镗杆和普通镗杆的加速度响应信号,结果表明,减振镗杆的吸振性能显著提高,振动衰减时间大幅缩短。应用Workbench对两种镗杆进行模态分析和谐响应分析,得到固有频率和幅频曲线,发现减振镗杆的振幅远小于普通镗杆。本研究为减振刀具的研制与推广提供了一定的理论参考。     

大规模风电接入下电力系统调频特性建模与分析

随着电力系统中风电接入比例的不断提高，风电接入对电力系统的影响日益凸显。由于风电具有随机性、间歇性和波动性等特点，风力发电系统的可靠性对电力系统的频率造成较大影响。基于对含风电电力系统动态功率-频率特性的分析，在双馈风电机组的控制系统中增加了一个综合惯性频率控制模块，使得双馈风电机组依靠转子产生的动能完成电力系统的一次调频过程。仿真结果表明，附加的综合惯性频率控制模块能在负荷增加时响应频率变化，从而很好地控制电力系统的频率。     

致动盘模型与CFD结合的风力机尾流研究

提出一种简便的致动盘模型,结合CFD的研究方法对风力发电机的尾流流场进行数值研究,得出了风机尾迹区的流动状况和风轮中心轴向速度分布以及风机下游不同位置处的径向速度分布。计算结果与风洞实验结果吻合较好,表明采用的方法可以用于风力机流场模拟,能够较好地捕捉尾流的流场特性。致动盘模型与CFD结合的风力机尾流研究方法能够在计算量相对较小的情况下准确反映远尾流的流场信息,可以作为工程应用的工具,为风场风力机排布提供参考依据。     

烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究

针对高塔设备风诱导振动的实际问题,提出采用调谐质量阻尼器（TMD）对其进行被动控制。以某烟气脱硫塔为例,运用数值仿真技术,首先通过模态分析获得结构的自振特性,然后利用谐响应分析研究调谐质量阻尼器控制效果随其参数变化的一般规律,并应用更为精确的时程分析法对减振前后高塔设备的风诱导振动情况进行了对比分析。研究结果表明：质量、频率比及阻尼比对控制效果有重要影响,应对其进行优化。参数优化后,塔顶的最大振幅减小了89．4％,减振效果十分显著。     

超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

风电机组传动链动态载荷识别算法及验证

以某大型双馈风电机组为研究对象, 建立传动链动态载荷特性模型,提出传动链扭转振动和发电机转矩特性相结合的低速轴扭动载荷识别算法。开展多体动力学刚柔耦合模型仿真计算,验证振动特性和动态辨识载荷。结果表明,动态辨识载荷与仿真结果吻合度较高,额定风速以上其平均值偏差约为2%,1 Hz等效疲劳载荷偏差约为6%。样机测试验证结果表明,动态辨识载荷与实测结果具有较高吻合度,等效疲劳载荷偏差在5%以内,满足工程要求。本研究的传动链动态载荷识别方法,引入低通滤波算法,进行自主编程,只需机组自有检测和运行数据,并可获取机组运行过程中的低速轴扭转载荷,为机组安全监控提供有利支撑。     

低风速风电机组电刷滑环故障仿真分析研究

电刷滑环是低风速风电机组转动部件的核心设备之一,它的可靠稳定是风场安全运行的重要保证。目前国内外关于低风速风机电刷滑环的研究相对较少。实践证明,滑环和电刷的表面受污、表面不光滑、电刷压力不够、接触面不平整等因素会导致滑环与电刷间接触不良,使接触电阻增大。滑环异常磨损会造成发电机故障停运,很大程度上影响了风场的安全生产和经济效益。因此开展风机电刷滑环故障分析的研究意义深远。文中对风机电刷滑环故障进行诊断研究,基于ANSYS软件对低风速风电机组的电刷滑环在正常状态下和故障状态时进行仿真分析,从而确定出故障初期,可以进行及时的维修,具有一定的工程应用价值。     

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。     

利用调谐质量阻尼器进行管路系统减振

对既成管系存在的振动进行了减振研究。考虑到既成管线增加额外支撑的困难,设计了可拆分的环形调谐质量阻尼器结构,建立管系实验装置并进行模拟计算。分析了在有、无调谐质量阻尼器时实验管系振动在时域和频域的情况,并进行了实验验证。结果表明,设计的调谐质量阻尼器可大幅减缓管系的稳态振动和快速衰减管系的瞬态振动,是一种有效、实用的管系减振手段。     

大型风电机组变桨系统超级电容的选择及其自检策略的研究

机组在发生电网故障时,为了保证风机能够快速收桨以保证风机安全,变桨系统配备了一套由超级电容组成的备用电源。分析了变桨系统超级电容的布置方案,对风电机组电网故障工况进行了仿真计算,得到了2 MW风电机组的超级电容的容量和型号,同时对风电机组变桨系统的电容自检策略进行了分析,并在风场运行中进行了验证。     

基于ANSYS兆瓦风力发电机叶片疲劳寿命分析

叶片作为风力发电机组最核心的部件,其主要的损坏形式为疲劳损坏。为了确保风力发电机组运行安全可靠,风电机组设计时,必须对叶片进行疲劳寿命分析。以1.2MW级风电叶片为例,建立了风电叶片和风轮的三维几何模型,依据Weibull两参数分布函数确定某风场风速分布数据。采用ANSYS Workbench软件对风轮模型进行流固耦合数值仿真分析,进而对叶片模型进行线性静态结构分析以及疲劳分析,提取风电叶片在典型风速工况下的危险节点位置及对应的等效应力值。最后结合线性疲劳累计损伤理论计算风电叶片的疲劳寿命。仿真结果表明,实验叶片满足设计要求。     

用于风电场群规划的风电场尺度尾流模型研究

风电场的尾流最长可延伸至数十公里,上游风电场尾流会对下游风电场发电量产生显著影响。因此,在风电场建设中需要考虑风电场间尾流效应。基于工程尾流模型仿真模拟,研究了风电场在不同湍流强度以及不同排布密度下尾流区风速分布情况。提出了关于阻滞参数与湍流效应参数的双参数风电场尾流半经验数学模型。通过与我国北方某风电基地实测数据对比,结果表明：所提风电场模型模拟结果与实测结果相符合,能够较好地表达风电场尾流平均风速的变化规律,对未来大型风电基地规划有指导意义。     

基于控制方法的风机塔架减振研究

为利用控制方法减小兆瓦级风机运行过程中塔架的振动量,对塔架结构动态特性和塔架激励源动态特性进行了分析研究。以某2 MW机组为例,进行了塔架振动情况评估。基于评估结果,设计了增加气动阻尼的塔架振动控制方法,并进一步设计了直接加阻的主动控制结构,结合振动过大时主动降功率运行手段,实现了塔架振动的控制器干预。在许继WRTS-800和PRDS-600仿真实验平台上进行了仿真验证和等效疲劳载荷计算;在实验风场进行了现场实验,并对实验数据进行了统计分析。研究结果表明,采用该方法,塔架等效疲劳载荷明显减小,主动控制减振效果明显。