平滑风电波动的飞轮协同电池混合储能系统经济性配置

针对风电场的有功功率波动,采用小波包分解的功率平抑算法,得到满足并网要求的低频信号分量和高频的混合储能系统参考功率,并使用低通滤波分频和信号平滑去噪方法获得飞轮储能和电池储能的参考信号,同时考虑放电深度和循环次数对电池储能系统寿命的影响,构建混合储能系统在计划年限内的全生命周期经济性模型,采用多跟踪器优化算法(MTOA)得到最优的混合储能容量配置。最后,结合风电场实际功率数据,仿真分析验证混合储能系统对功率平抑的有效性和经济性。结果表明:混合储能系统既能保证风电场的有功功率波动满足并网要求,又能充分发挥不同储能形式特性,降低系统运行成本。

配电网作业安全防控风险等级量化及预警机制研究

配电网是电力系统的重要组成部分,参与电能输送和分配,因此安全事故多发,面临着一系列风险因素。为保障电力安全生产和人员自身安全,在综述国内研究的基础上,依照作业任务、作业过程属性划分,将配电网风险分解为作业风险和动态风险。首先分析了配电作业过程中的危险点和风险因素,接着研究了配电作业任务的物理量场和风险场分布及特性,最后提出了动态风险评估模型,实现了风险等级量化,构建了分等级的风险实时多信号联动预警机制,提高了配电作业风险管控的水平。

存在初始静偏心的储能飞轮转子动力学特性

以大功率储能飞轮转子系统为研究对象,探究电机转子存在初始静偏心时飞轮动力学特性的变化规律。首先使用能量法求出电机转子不平衡磁拉力(UMP)与转子偏心位移之间的关系,采用Timoshenko梁单元模型建立包含UMP的飞轮转子机电耦合动力学模型,计算分析电机转子初始偏心量和偏心方向对飞轮稳态和瞬态特性的影响,得出以下结论:随着偏心量的增大,上轴承处轴心轨迹出现嵌套圆环,频谱出现3种频率成分且幅值增大,升速响应曲线共振峰的峰值增大,对应转速减小;当偏心方向改变且旋转一周时,转频等成分的幅值、升速响应曲线共振峰值产生明显的周期规律变化。

复合材料储能飞轮转子多环配合下的应力分析

分析了复合材料飞轮转子多环配合结构下的应力状态:考虑飞轮转子多环装配后的静态初应力、装配后的静态位移、工作状态下多环过盈配合的应力、复合材料轮缘纤维缠绕对应力的影响,建立了正交各向异性材料轴对称的飞轮转子理论模型,计算了离心力、环间配合压力作用下转子各环的径向和环向应力分布。分析了过盈量与转子各环应力的关系,确立了过盈量的选取准则。结果表明:随着过盈量的增大,金属转轴和金属轮毂间的应力会先减小再增大,复合材料轮缘间的应力会相应增大。

半潜式平台结构尺寸对海上风电机组稳定性的影响研究

以IEA 15 MW漂浮式海上风电机组和UMaine VolturnUS-S半潜式平台为研究对象,提出一种风电机组浮式平台结构的尺寸设计流程,基于Ansys Aqwa水动力分析软件和OpenFAST仿真分析软件对浮式平台的各部件尺寸参数进行稳定性分析,研究了不同立柱间距、侧柱高度、侧柱直径、浮箱高度、浮箱宽度和垂荡板直径对风电机组整体动态响应和系泊缆张力的影响,探究了各尺寸变化对风电机组稳定性的影响规律。结果表明:增大立柱间距和侧柱直径可以显著提升漂浮式风电机组在工作运行时的整体稳定性,侧柱高度在水面线以上时进行尺寸变化对风电机组稳定性几乎无影响,浮箱宽度和浮箱高度主要影响垂荡方向的运动响应,增大垂荡板直径明显提升了浮式平台纵摇和垂荡方向的稳定性。

DTU 10MW漂浮式风电机组两分叉系泊系统仿真分析

以DTU 10 MW风电机组以及OO-Star半潜式平台为对象,提出一种两分叉系泊系统,基于OPENFAST软件在50年一遇极端工况下建模仿真,对比采用两分叉系泊系统平台运动响应及系泊张力的变化,并研究其分叉点位置的影响。结果表明,新型两分叉系泊系统使得平台的纵荡、纵摇、艏摇幅值分别减小32.9%、29.4%和39.1%,很大程度上提升了风电机组的稳定性。此外,平台的系泊张力均值降低为原来的23.4%,更能保证漂浮式平台在极端工况下的生存能力。

基于改进变步长LMS算法的储能飞轮主动磁轴承-转子系统振动控制

针对储能飞轮主动磁轴承-转子系统的振动控制,在变步长最小均方差(LMS)算法的基础上采用一种改进的步长因子并对其可变参数和算法效果进行对比分析,改进算法在提高迭代收敛速度的同时还能保持一定的稳态误差。对基于有限铁木辛柯梁单元法建立的轴承-转子系统动力学模型的仿真结果表明,在转子的振动位移反馈信号进入控制器前,利用基于改进步长因子LMS算法的自适应滤波器可以有效识别并滤除与转子同频的信号分量,从而实现储能飞轮主动磁轴承-转子系统的不平衡振动控制。

基于部分模型辅助LADRC的电磁轴承-飞轮转子系统振动抑制

针对电磁轴承支承的飞轮转子系统振动抑制问题,提出了一种部分模型辅助线性自抗扰控制方法,建立考虑陀螺效应和不平衡力的刚性飞轮转子系统径向四自由度二阶数学模型,将各自由度二阶模型中的本自由度项作为已知信息辅助线性扩张状态观测器的设计,其他自由度项和不平衡力作为外界扰动,并设计线性状态误差反馈控制律对总扰动进行实时补偿。仿真结果表明,所提方法能以更低的观测器带宽达到与线性自抗扰控制相同的控制性能,并实现飞轮转子径向4个自由度之间的有效解耦,比分散PID控制具有更好的动态性能和抗干扰能力,可实现转子全转速范围内振动的有效抑制。

高速飞轮与电机耦合动力学模型研究

基于替代映射方法分别建立主动磁轴承和永磁同步电机的非线性模型,并与飞轮转子动力学模块、PID控制器等组件结合,构造高速飞轮转子与电机耦合的非线性动力学系统模型。仿真结果表明,替代映射方法计算得到的永磁同步电机齿槽转矩数值与有限元模型结果之间误差较小,具有良好的精度,可正确描述其基频到多次倍频的振动特性。永磁同步电机转子偏心作用力随着转子振幅的增大而增强,会显著削弱主动磁轴承对飞轮转子的控制能力。基于前人“双弹簧”模型,结合永磁同步电机替代映射模型,建立包含主动磁轴承和永磁同步电机的“三弹簧”模型。仿真计算结果表明,永磁同步电机转子偏心作用力改变了飞轮转子的第二临界转速的频率和振幅,作用力较大和位置偏置会造成第二临界转速附近的运动失稳。

滚动轴承故障的谱相关特征分析

滚动轴承的振动响应信号包含确定性成分和随机成分,两者都能反映轴承发生故障的信息。利用随机成分进行故障定性诊断,可以只使用较少的振动信号数据,计算效率高,有利于工程实际应用。针对轴承振动信号中随机成分能量较低、分布频率范围较宽的特点,采用对数谱相关函数灰值图反映信号中随机成分对循环平稳特性的影响,定性判断故障引起的谱相关函数中随机成分的变化,然后通过共振区切片进行故障解调分析,提取特征信息。通过实测正常轴承和内圈点蚀故障轴承振动信号的对比分析,表明即使在较低频率分辨率条件下,谱相关密度也能实现故障信息的解调,并可以提高计算效率。

风速时间序列的非线性特性分析

风速特性是风电机组设计和运行的重要影响因素。利用几种经典和现代非线性信号分析方法对风电机组上实测风速数据的非线性特性进行分析研究。通过均值、方差和偏度等特征值的非对称性和突变特性判断风速长时间序列的非平稳特征,对风速序列的概率分布计算反映风速的非高斯性,利用对数功率谱和频率之间的拟合关系确定风速的非平稳特性,进一步采用双相干谱分析和希尔伯特-黄变换等现代信号分析方法对风速数据是非高斯性和非平稳性进行了分析和验证。

峰态因数指标在齿轮故障振动诊断中的应用

在分析齿轮几种常见故障及其振动特性的基础上，介绍了信号峰态因数指标用于分析诊断齿轮局部故障的特点，给出数字计算公式和计算中注意的问题。实验分析结果以及应用实例表明，信号峰态因数指标对齿轮局部微小故障反应敏感，可以用于实现齿轮故障的早期识别诊断，与其它时域特征量配合使用，可获得更好的齿轮运行状况的在线监测和故障分析诊断效果。

一种基于模糊规则和遗传算法的凝汽器故障诊断方法的研究

该文总结了汽轮机组凝汽器低真空常见故障,建立了凝汽器典型故障集。介绍了基于信息熵的故障征兆提取方法,建立了凝汽器故障征兆集。在利用模糊规则的故障诊断方法基础上,提出了一种基于模糊规则和遗传算法的凝汽器故障诊断方法。通过遗传算法对用于故障诊断的模糊规则进行精简,消除了低置信度规则的影响,从而提高了故障诊断效率。最后,将该文提出的方法用于某汽轮机组凝汽器故障诊断中,结果表明该方法行之有效,且易于工程实现。

大型变速风力发电机组的自适应模糊控制

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键。风力发电机组是复杂多变量非线性系统,具有不确定性和多干扰等特点。本文提出使用模糊逻辑推理系统得到低风速时的发电机参考转速,该方法无需测量风速,避免了风速测量的不精确性。根据机组的运动方程,采用最近邻聚类学习算法建立发电机电磁转矩自适应最优模糊控制,低风速时获得最大风能利用系数。算法综合考虑风力发电机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。高风速时,变论域自适应模糊控制器控制桨距角,机组能准确地保持在额定功率发电。仿真结果表明了本文提出方法的有效性。

风力发电技术的发展及若干问题

论述了风力发电技术在提高机组容量、改进功率调节、变速运行、发电机和电力电子技术等方面获得的巨大进展 ,指出风力发电仍然存在许多需要解决和完善的技术问题 ,包括风电质量、机械结构、空气动力学、机组控制技术和风电场建设等 ,这些技术的成熟和完善 。

架空线路导线疲劳试验振动幅度的研究

架空输电线路微风振动极易引起导线的疲劳破坏,因此疲劳特性是导线最重要的机械力学性能之一。为考核导线疲劳性能,需要进行疲劳试验,但国际上还没有科学统一的试验方法和试验标准。大量工程试验表明,国内目前采用的试验方法存在着某些不足。该文根据疲劳试验导线振动的运动方程和疲劳试验的边界条件,推导出疲劳试验波幅振幅与线夹线股应力的关系式。并利用Miner累计损伤理论的W?hler安全边界曲线,提出一种导线疲劳试验振动量级的计算方法。试验研究结果表明,该计算方法能较好地应用到导线疲劳特性试验检测中。

振动监测技术在风电机组齿轮箱故障诊断中的应用

研发了针对风力发电机组传动齿轮箱的振动监测与故障诊断系统。该系统主要由本机监测系统、风电场集中监测诊断系统、远程监测诊断中心3层结构组成。本机监测系统完成机组传动系统各部件的状态监测数据的采集,并将数据传输到风电场集中监测诊断系统。风电场集中监测诊断系统主要进行数据存储、显示和分析诊断,并将数据通过互联网传输到远程监测诊断中心,实现风电场设备群的远程监控分析和精细故障诊断。给出该系统的应用实例,通过对比分析2台相同型号风电机组的齿轮箱振动信号,实现对出现异常状态机组的判断,保障风电机组设备的安全可靠运行。

基于短期振动测量数据的线路振动状态评估方法

为准确掌握线路的振动状态、保证线路运行安全,需要对新建关键线路或老旧线路的振动状态和疲劳寿命进行评估。评估的主要手段是短期内现场测量导线的振动大小,并将其作为评估线路振动寿命的依据。由于线路全年气象条件差异较大,如果不加推导和分析,直接采用短期振动数据进行评估将有较大误差。文章提出了一种基于短期测量数据评估线路全年振动状态和寿命的方法,从气象影响线路振动的主要因素出发,根据导线的状态方程分析导线因张力变化对导线自阻尼特性的影响,并采用功率平衡法计算出振动水平的变化,得到了不同气象条件下的振动寿命。采用该评估方法对某工程实例进行分析,结果表明该方法能有效解决用短期测量数据评估线路全年寿命的问题。

基于双谱分析的大型汽轮机振动故障特性提取

汽轮机轴系振动通常以与转速同步的频率(基频)及其谐波成分为主,具有典型的亚高斯信号特征,多数轴系故障均表现为某些谐波成分的变化,并且谐波间存在一定程度的非线性耦合作用,使得基于二阶统计量的功率谱分析技术在故障原因分析和特征提取方面受到限制。该文针对大型汽轮机组在实际运行中出现的某种具有半频特征的不稳定振动现象,将高阶谱应用于实测轴系振动信号分析,通过对比分析稳定状态和不稳定状态下振动信号的双谱和1(1/2)分数维谱,确定引起不稳定振动的半频成分的非线性谐波耦合特性。在此基础上,提出采用双谱的边际谱以及1(1/2)分数维谱中对应成分作为特征值,对不稳定振动现象的变化趋势进行监测。分析结果表明,这种特征提取方法可以更加明显地表现异常振动的变化,具有故障反映灵敏度高的特点,并可以有效抑制测量振动信号中的高斯噪声,可以为自动故障诊断提供更有效的特征参数。

风力发电控制问题综述

论述风力发电机组在提高机组容量、改进功率调节方式、变速恒频运行、发电机和电力电子技术等方面的进展。由于风能的能量密度低,具有不稳定性和随机性,控制技术是大型风力发电机组安全高效运行的关键。分析大型风力发电机组的动态特性,如强非线性、运行工况的频繁随机切换、定桨距风轮空气动力学的不稳定性、有效风速的不可测性和干扰因素多等特点。机组控制系统的基本目标分为4个层次:保证可靠运行、获取最大能量、提供优质电力、延长机组寿命。基于线性化模型的控制方法对于风电系统并不适用,论述对风力发电机组具有较好控制性能的智能控制。该方法是研究风力机控制问题的重要途径之一。