同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试

同步双风轮耦合水平轴风力机是一种新型风力发电系统。现以同步双风轮耦合水平轴风力机为研究对象,构建了小型风力机性能测试平台,使用低速直流式风洞,研究该型风力机的功率和扭矩等气动性能。同步双风轮耦合水平轴风力机与单风轮风力机在构型上明显不同,实验结果表明,该型风力机基本气动性能与单风轮四叶片水平轴风力机相似,但有细微的差异。同步双风轮耦合水平轴风力机的风轮转速、风轮间距、风轮间相位夹角等参数共同影响风力机的气动性能。通过对实验结果间细微差异的辨析,研究了各参数对风力机气动性能的影响的具体模式和规律。     

风电机组传动链模拟实验台设计与实现

根据大型兆瓦级风力机设计并建造了风电机组传动链模拟实验台,平台由风轮转矩模拟系统和模拟风力机系统构成,通过计算机仿真程序对模拟风轮的输入转矩及模拟风力机的负载转矩进行控制。模拟风力机系统将主轴承、齿轮箱、塔筒等风力机关键部件引入实验系统,计算机仿真程序将剪切效应、塔筒效应等引起的脉动转矩加入风轮转矩输入实际控制程序。实验平台能够较为有效的模拟风力机运行状况,可以利用该平台进行风力机控制、传动链故障诊断等方面的研究。     

小型风电叶片优化配对技术研究

小型复合材料风力机叶片加工不均匀导致旋转风轮产生不平衡,为了控制装机后的风轮不平衡量,在安装前需要对风力机叶片进行合适的配对优选。建立风力机叶片配对力学模型和配对优化模型,设计并研制了小型风电叶片质量和质心位置检测系统,利用Visual Basic环境建立可视化软件平台,采用遗传算法开发配对优化程序。实例计算表明,遗传算法配对优化效率高、速度快,具有较强的工程意义。     

基于ZigBee技术风洞实验参数的测量

以各类传感器和大量ZigBee节点形成的传感器网络为平台,设计了一种针对风力机风洞实验中扭矩、转速及气动压力等参数的无线测量系统,该系统具有低能耗、高可靠性等特点。介绍了传感器测量方法和数据的无线传输方法,提供了整体设计方案以及传感器节点的硬件设计图和传感器节点的程序流程图。通过实验验证,测试效果达到预期要求。     

定桨距风轮气动特性预测方法的研究

风能是一种清洁的可再生能源.在风力发电步入商业化的今天,叶轮技术的不断发展和改进大大降低了风力发电的成本.目前工程实际中应用的并网型定桨距风力机,采用的定桨距风力机转速可变,通过转速变化达到低风速时运行高效率、大风速时恒功率输出.本文通过对定桨距风轮的实验以及利用CFD技术做仿其计算,从而对定桨距风轮的气动特性作出预测.     

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。     

基于气弹耦合理论的风力机叶片气动与结构性能数值模拟

以动量叶素理论为基础,充分考虑叶尖损失对风轮空气动力学特性的影响,建立了新的风力机叶片气动性能分析模型。基于结构动力学原理,建立了风力机风轮旋转工作条件下叶片的结构性能分析模型。通过研究风力机叶片在其载荷特征作用下的变形对风场来流的影响,耦合叶片的气动及结构力学模型,提出了一种旋转风力机叶片的气动与结构性能分析方法,使得风力机叶片的性能参数分析更为准确。以某5MW风力机风轮为算例,数值模拟了该风轮的气动载荷及输出功率特征,对比分析了该风轮不同风速及不同时刻条件下叶片的预弯变形及振动特性,很好的验证了提出模型的可靠性。研究结果对风力机叶片的疲劳寿命预测和振动噪声预估有着重要的理论意义。     

多叶低速风力机尾流风速恢复模拟研究

利用CFD软件对并排放置的多叶低速风力机的尾流流场进行了数值模拟,分析了风力机后尾流区内气流的流动状态。采用S-A模型,分析风轮后方6个不同距离的X截面方向的流场,得出风速恢复位置在风轮后约2.5m,并对模拟结果进行了实验验证。同时又分析了不同风速下,不同叶型的风轮尾部流场。结果表明:在尾流区内,气流形成了与风轮转向相反的涡旋,尾流区半径随气流流动变化不大;在近尾流区,气流的湍流强度很高,气流方向不定;随着气流流动,尾流区内与尾流外缘气流相互掺混融合,使远尾流区气流速度逐渐恢复。依据数值模拟结果,探讨了不同叶型风力机的风速恢复距离,并根据其产能确定了最佳的风力机选型和布置方案。     

Wilson法对旋风力机气动设计与数值模拟

提出了Wilson法设计上游风轮,利用尾流模型得到下游风轮处轴向风速,代入Wilson法设计下游风轮的设计思路,完成3kW同半径同尖速比的对旋风力机设计。通过数值模拟与基于动量叶素理论及Glauert修正方法的理论程序,对风力机上游风轮进行变转速性能验证,两者均显示在设计点风力机功率系数达到较高值,CFD结果0.455略低于程序结果0.563。对旋风力机数值模拟显示功率系数可达到0.501,较单级功率提高10.11%,设计点处两级风轮转速达到最佳匹配。     

风力机叶片动力学响应的数值模拟研究

针对旋转风轮的工作特性,考虑风力机叶片空气动力学载荷、惯性载荷及重力载荷的耦合效应,建立了风力机叶片交变载荷的计算模型。基于叶片的载荷模型,以结构动力学理论为基础,在研究叶片位移向量与振动变形之间关系的基础上,提出风力机叶片动力学响应的数值模拟方法。选取某5MW风力机为研究对象,分析了该风轮的空气动力学性能,数值模拟了额定风轮转速和额定风速下风力机叶片的轴向和切向载荷分布,以及该载荷特性下叶片在挥舞方向和摆振方向的振动速度和振动加速度变化规律。     

小型风电最大功率跟踪系统整体设计与仿真

利用轴流式通风机作为源动力,自制风道作为气流通道搭建了开放式风洞.并以此为基础,结合VC软件开发环境,以风力机的最大功率跟踪为目标,设计了小型风电最大功率跟踪系统实验平台的软硬件结构.然后利用MATLAB/Simulink计算机仿真技术,对最大功率跟踪系统进行分析和验证.结果表明,所提方案有效可行,为小型风电系统实验平台的进一步改进和完善奠定了基础.     

大型风力机叶片气动外形及其运行特性设计优化

大型风力机叶片气动外形设计时,不仅应考虑气动外形参数的优化,还应该考虑参数优化后的运行特性,才能为风力机实际控制提供依据。为此,提出一种叶片气动外形及其运行特性设计优化方法。该方法首先建立叶片翼型分布、弦长分布和扭角分布等气动外形参数控制方程,基于叶素-动量理论分析各参数变化对风轮功率的影响。在满足额定功率条件下,以减小所需额定风速为目标进行优化求解,求解过程中考虑初始桨距角的影响。针对优化后的风轮,设计了风轮转矩-转速关系曲线,分析了风轮运行特性。最后,采用计算流体动力学方法佐证了设计结果的正确性。     

分布式能源用垂直轴风力机的结构优化设计

基于计算流体动力学(CFD)平台,以k-ε模型求解N-S方程的方式,分析了垂直轴风力机(VAWT)的三维结构,对分布式能源用小型垂直轴风力机的特性进行了建模与仿真计算,并通过结构对比分析,对结构进行了优化设计。在将现有叶片中的直平板改为流线型设计结构后,大大提高了该垂直轴风力机的风能利用系数。而在叶片中间加入小挡板后对提高垂直轴风力机的风能利用不明显。此外,对比验证了三种叶片结构风轮的性能,确定了该类垂直轴风力机最佳叶片数。为该类垂直轴风力机的设计与优化提供了借鉴和参考。     

高径比对垂直轴风力机气动性能的影响

基于双向多流管理论模型,采用 MATLAB 软件编写程序,并将程序计算的结果与试验值进行对比,验证了双向多流管理论模型的可用性。以双向多流管理论模型为依据,研究高径比对垂直轴风力机气动性能的影响。以某一风力机为例,拟定风轮高径比和起动风速的近似关系式。研究表明,当转速相同时,随着高径比的增大,风力机风轮的起动风速减小;在中、低风速段,高径比大的风轮的输出功率大,在高风速段,高径比大的风轮的输出功率较小;在风速相同时,如要获取相同的输出功率,应增大高径比大的风力机的风轮转速。     

基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统设计

数字液压风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。由于大型风力机不具备开展实验研究的条件,且风力机中的液压系统具有较强的非线性,为了准确研究数字液压风力机多泵切换时系统工作特性的变化规律,提出了一种基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统,并对数字液压风力机风轮特性模拟和最大功率跟踪控制进行设计。通过风速阶跃变化、恒定风速时多泵切换、渐变风速多泵切换3种工况下数字液压风力机工作特性的实时仿真测试,验证了数字液压风力机半实物仿真系统的正确有效性,为数字液压风力机的稳定运行和风能高效利用提供理论依据和技术参考。     

基于风速预测的液压型风力发电机组并网转速控制研究

以垂直轴液压型风力发电机组为研究对象,主要针对机组的垂直轴风力机特性和高精度并网转速控制展开研究。首先建立风速、垂直轴风力机和液压主传动系统的数学模型,分析垂直轴风力机的空气动力学特性,得到垂直轴风力机输出转速周期性波动规律。根据风速预测曲线,结合垂直轴风力机空气动力学模型,得到风力机转速特性曲线。然后根据机组的实际并网需求,提出基于短期风速预测的变量马达排量和比例节流阀协调控制的高精度并网控制策略,使变量马达转速稳定在1 500r/min±6r/min满足并网需求。最终利用Matlab/Simulink软件对所提出的转速控制策略进行仿真验证,并考虑真实风速波动情况,在30kVA液压型风力发电机组半物理模拟试验台上对转速控制策略进行试验验证。所得到的研究成果为垂直轴液压型风力发电机组的广泛应用提供理论指导。     

高速扭矩加载器无线通信方法研究

以动态扭矩加载器高速旋转条件为背景,采用射频收／发器芯片CC1100设计了一款可应用于高速旋转构件上的无线通信平台。该平台应用于动态扭矩加载器的旋转构件上,可实现系统参数的无线测量和控制。模拟实际的工况条件,对通信平台在1700r／min的转速条件下的通信性能进行了测试,测试结果表明,此通信平台可以在高速旋转条件下低差错地工作,满足系统要求。     

风力机与液力变速传动装置匹配工作特性研究

通过对液力变速传动装置应用于风力发电系统运动规律的分析,得到了适应变化的风轮转速、保持恒定发电机输入转速的风轮转速与液力变矩器涡轮输出转速应保持的关系。根据传动系的功率分流原理及能量平衡方程,推导了液力变矩器泵轮输入功率占风轮功率的比例以及液力变速传动装置的总体传动效率关系式。结合风力机特性进行了液力变矩器涡轮输出工作特性的分析,综合评价了影响传动效率的主要因素。针对低转速比和高转速比两种型号的液力变矩器进行了系统的匹配计算,为液力元件的选型与设计、差动轮系及定轴轮系关键结构参数的选取提供了参考。
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采用混合传动系统的风电机组联合仿真

针对变频器对风电系统的影响,设计了一种混合传动系统,可用于风力发电机的恒频输出。该混合传动系统包括差动齿轮箱和电动机。实时调节电动机转速,即可实现差动齿轮箱变转速输入、恒转速输出。利用FAST、SolidWorks、Simulink软件分别建立风轮、差动齿轮箱和电动机的模型,在Simulink环境下动态联接;并利用ANSYS对差动齿轮箱进行模态分析,表明其在风轮的低频输入下不会发生共振。联合仿真验证了该混合传动系统的有效性。     

基于无级调速原理的并网型风电系统设计

针对变频器对风电系统的影响,提出一种用于并网型风电机组恒频输出的无级调速系统。该调速装置由可连续调速电动机和差动轮系组成,通过调节电动机的输出转速,电动机调速传动系统可以实现在不同的风速下的恒转速输出,从而实现发电机恒频输出。建立所设计的电动机调速传动系统SIMULINK模型,并采用美国国家可再生能源实验室开发的FAST(fatigue,aerodynamics,structures and turbulence)软件模拟不同风速下1.5 MW风力发电机的工作情况。通过FAST和SIMULINK仿真试验,在不同风速条件下,验证了设计的电动机调速传动系统。以上研究工作为并网型风电机组的无级调速传动系统设计奠定了一定的理论基础。