风轮不平衡载荷下超大型风电机组叶片颤振极限研究

以IEA Wind 15 MW参考风电机组为研究对象,基于非线性时域气弹耦合分析工具,研究风剪切、偏航入流、质量不平衡3种不平衡载荷单一或共同作用时,超大型风电机组叶片的颤振极限。结果表明,单一不平衡载荷作用时,风剪切和±15°以内的偏航角会增大临界颤振速度,而质量不平衡会降低临界颤振速度,且质量偏重时颤振速度下降更加明显。3种不平衡载荷共同作用时,临界颤振速度的最大值和最小值都出现在剪切系数为0.3时;最大值总是在偏航角为非负值时取得,最小值在偏航角为-20°时取得;质量不平衡对临界颤振速度的影响与其单一作用时的规律一致。因此,在进行气弹稳定性分析时,应考虑多种风轮不平衡载荷共同作用,尤其是叶片质量偏重和偏航角度为-20°时这种最不利的情况。

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。

新加坡地铁东北线不平衡载荷条件下的地下结构设计

在NEL(东北线)C702合同MRT(大众捷运)明挖回填隧道和Buangkok车站的设计中，其结构是按不平衡侧向土层压力条件设计的。针对不平衡侧向载荷条件有许多种设计方法。远期和近期的水平土层压力假定量值也不同，并且是随时间变化的。通过将详细设计概念化和介绍实际的解决方案，本文概述了此项目所采用的方法。明挖回填隧道和车站的最终设计就是通过这些方法得出的。设计中使用了现有的计算机辅助分析，这些分析以精确的计算机模型来模拟土层-结构相互作用的实际特性。本论文还介绍了一种合理方法来获得安全的、限制条件较低的地下结构设计。这种设计符合LTA(国家运输局)现有的铁路保护实施规定，此规定适用于所有位于铁路保护区内的开发和工程作业。

大型风力发电机组无模型独立变桨载荷控制

高风速时,为平衡大型风力机所受推力载荷,利用无模型控制不依赖系统数学模型的特性,针对难以准确建模的非线性风力机组,推导了风力机无模型输入输出关系方程。通过利用输入输出实测数据,在线递推估计风力机待估参数,给出了在线估值算法,导出了无模型独立变桨控制律的形式。在Matlab/Simulink上搭建了一3MW风力机组仿真平台,验证了无模型控制律的正确性和有效性。与传统PI独立变桨距载荷控制相比,在随机风和突变渐变风下,所给出的无模型控制方法,既能使载荷得到较好平衡,又能使风力机桨叶动作频率、幅度小。

直升机不平衡旋翼动力学建模与轴心运动轨迹分析方法研究

研究了Johnson提出的倾转旋翼不平衡载荷前飞动力学模型,将其桨叶分析方法应用于直升机旋翼系统模态分析。在刚性条件假设下推导了直升机旋翼弹性阻尼和惯性力综合作用时桨叶的挥舞和摆振运动方程,给出了固定和旋转坐标系下对应的运动方程。通过引入均匀入流和线性扭转假设,获得了运动方程的理论解析解。利用叠加原理,得到了桨毂轴心运动方程;采用Newmark法进行振动微分方程求解,最终得到了直升机旋翼的轴心运动轨迹。以某型直升机旋翼系统为例,验证了本研究所提出旋翼桨叶模态分析方法的准确性,给出了兼顾计算精度和效率的最佳求解步长选取方法;预测了典型飞行状态下的桨毂轴心运动轨迹,为直升机旋翼系统设计提供了基础方法和技术参考。

减小桨叶载荷的风电独立变桨优化控制模型

针对超额定风速下运行的变速变桨风电机组,研究在维持功率额定的条件下,如何减小风剪切效应所引起的不平衡载荷,从而延长风机寿命。首先依据空气动力学原理,以不平衡载荷最小为优化目标,保证输出功率与额定功率的偏差在一定范围内为约束条件,建立载荷优化模型;然后采用非线性最小二乘法,以统一变桨距角为初值,优化计算得到3个桨叶对应的最优桨距角,以该角度为参考值分别进行独立变桨距控制。仿真结果表明,与传统变桨距控制方法相比,所提模型在保证功率维持在额定值附近的前提下,大幅度减少了不平衡载荷,且避免了频繁变桨。

风车载荷情况下民用飞机结构强度评定方法

按照适航要求,需要对风车载荷下民用喷气运输飞机结构强度进行评定。首先从静强度、疲劳强度、损伤容限的角度,介绍风车载荷下飞机结构强度的评定方法。以已经获得适航认可的分析方法为基础,根据各方法的特点,结合风车载荷情况的特点,进行合理改进,形成适用于风车载荷下飞机结构强度的评定方法。其次从基本剖面形式、修正参数、结构动力学建模方法、评定部位的筛选标准、评定结果的判据等方面进行介绍,并展示该评定方法的优点。最后简要说明其在型号上的应用情况及适航审查要求及结果,并提出该评定方法的改进建议。

风机独立变桨减载模型预测控制研究

针对风力发电机组在额定风速以上运行时承受的不平衡载荷波动问题,提出了一种基于状态空间模型的独立变桨模型预测控制策略。首先基于风机仿真软件FAST对风电机组非线性系统线性化;然后将建立的线性时不变(LTI)模型与非线性风机系统对比验证预测模型的拟合度;最后建立FAST-MATLAB联合仿真的NREL5MW风机模型,在湍流风模式下进行仿真。所提出的控制策略与传统PI控制策略相比,在稳定功率的前提下有效地减少了不平衡载荷,提高了风电机组运行稳定性。

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。

基于ACA-PID算法的风机独立变桨控制

为了缓解大型风机在额定风速以上出现的不平衡载荷问题,针对变速变桨风电机组,给出了一种基于蚁群算法优化PID参数的风机独立变桨控制策略。利用蚁群算法的寻优特性,优化传统PID变桨控制器的参数,使其兼有PID控制的精简性与蚁群算法的自适应性,给出了其具体的实施步骤。构建了风力发电机独立变桨控制模型,对新策略与传统策略进行了仿真与实验。仿真与实验结果表明,基于蚁群算法优化PID参数的风机独立变桨控制策略是有效和实用的,该策略能提高控制系统的动态性能,有效地减少不平衡载荷,改善风机的振动状态。

基于IQPI-R的风力机独立变桨距控制策略研究

为减小风轮不平衡载荷问题,提出一种基于科尔曼坐标变换的改进型准比例积分谐振(IQPI-R)独立变桨距控制算法。控制器利用比例积分控制来降低旋转部分不平衡载荷的低频分量,用准谐振部分来降低高频部分。通过对比仿真曲线和实验结果表明,采用上述控制策略的IQPI-R独立变桨距控制器虽然增加了桨距角的调整次数,但却可进一步降低风力机桨叶所承受的不平衡载荷,而且对机组的输出有功功率无形成冲击影响,风轮转速也更加平稳。

兆瓦级风力发电机独立变桨控制策略分析

实际运行环境中,由于风剪、塔影等因素的影响,风轮平面内产生不平衡载荷,导致较大的叶尖变形,增加了叶片疲劳载荷,而统一变桨控制不能有效解决载荷不均匀问题。文中提出基于线性二次型调节和干扰自适应控制技术的独立变桨控制策略。采用风力机仿真分析软件对提出的控制策略进行仿真分析并与统一变桨比较。结果表明,该控制策略降低了风剪条件下风力发电机主要部件所受的载荷,提高了机组运行寿命。

不同独立变桨控制策略对风电机组部件载荷及变桨轴承寿命的影响研究

独立变桨控制(IPC)策略能够有效降低风轮的不平衡载荷,不同的IPC策略会直接影响风电机组的载荷及变桨轴承寿命。以降低风电机组运行过程中的不平衡载荷和成本,提升其竞争力为目的,基于叶根载荷测量方法设计了IPC策略控制器,以某兆瓦级风电机组为例,设计了不同开启条件的IPC策略,对不同IPC策略在风电机组运行过程中的降载效果进行了分析,研究了其对风电机组整机部件载荷及变桨轴承寿命的影响,并与统一变桨控制(CPC)策略进行对比,验证了IPC策略的可行性及实用性。研究结果表明:1) IPC策略对极端湍流风工况、极端风剪切工况下的叶根合弯矩、轮毂合弯矩有明显的降载效果。2) IPC策略对风电机组疲劳载荷有明显的降载效果,尤其对旋转轮毂坐标系下轮毂沿y轴力矩(My)的等效疲劳载荷的降载效果最为显著。3) IPC策略对变桨轴承寿命有非常明显的影响,影响程度与IPC动作的开启条件有关,越早开启IPC策略,对风电机组疲劳载荷的降载效果越明显,但越不利于变桨轴承寿命。

基于RBF神经网络滑模变结构独立变桨控制研究

为降低大型风电机组由风剪切、风切变和塔影效应在叶片上产生的不平衡载荷,根据风力机气动力学、风剪切、风切变和塔影效应,提出一种基于RBF神经网络滑膜变结构独立变桨控制策略。滑模变结构控制抗干扰强、鲁棒性强和响应速度快,缺点是滑模变结构控制易产生抖动。利用RBF神经网络的在线学习能力,实时调整滑膜变结构控制器增益,使滑模函数趋于切换面,有效降低滑模变结构控制的抖动,提高独立变桨控制系统的动态性能。利用Matlab/Simulink和GH-blade软件搭建了5 MW风电机组的联合仿真模型。仿真实验表明采用所提出的独立变桨控制方案能有效降低桨叶根部不平衡载荷,还能提高风电机组运行在额定风速以下的功率性能。通过试验平台的测试,也验证了所提出的独立变桨控制策略的合理性。

大型海上漂浮式风电机组建模与减载控制

海上风电机组逐年向大型化与深海化发展,对风电机组的稳定性与可靠性提出了更高要求,因此需要更好地掌握漂浮式海上风电机组的系统仿真建模和减载控制技术。本文以5MW半潜式漂浮式风电机组为背景,建立海上风电系统动态模型,并在Matlab/Simulink中搭建子系统模型,与Openfast中的OC4项目进行联合仿真。结果表明,该模型能较好地模拟不同海况和风况下的风电机组不平衡载荷情况,且独立变桨控制系统较好地降低了载荷并稳定输出功率,该模型对漂浮式海上风电机组的系统性能分析研究具有一定的参考意义。

风电机组的独立变桨距优化控制系统综述

本文对风电机组的独立变桨距控制目前的研究及应用情况进行了概述,分析了独立变桨距控制的依据、基本工作原理、减少载荷和减缓电网电压波动的独立变桨距控制策略。最后对独立变桨距控制方法和发展前景提出了展望。

固体、粉体激振力对离心机转子振动的影响

分析了离心机转子不平衡量的产生机理、作用形式和平衡方法,研究了轴系动平衡控制技术,开展了不同配重的固体、粉体激振力对离心机转子振动的试验研究。结果表明:对于本结构离心机,随着转速的提高振幅逐渐增大并出现多个峰值,轴向不平衡响应远大于径向,在500r/min附近出现振动位移峰-峰值;粉体不平衡载荷激起的振动幅值略低于固体不平衡载荷振动幅值。最后,提出了改进转子和转盘连接方式以及通过轴承约束轴向跳动控制总体振动位移的改进方案。

大叶轮风电机组独自变桨算法研究

不平衡载荷对轮毂、轴承、主轴、机舱偏航轴承、塔架等机械部件造成相当大的疲劳载荷。为降低机组关键部件的相关载荷,设计了一种独自变桨控制算法,将机舱的旋转坐标系每个叶片平面外的弯矩经反向变换得出固定坐标系对应的机舱的风轮平面俯仰力矩和偏航力矩,采用PID控制减小相关载荷。通过PID控制实现变桨系统的动作,从而降低风轮平面受到的不平衡载荷,同时降低了风力发电风电机组疲劳载荷。

A novel control strategy for load converter of DC isolated distribution system under unbalanced loading conditions

A novel control strategy for the load converter supplying the unbalanced AC load in a DC isolated distribution system is presented. The control algorithm results in balanced and sinusoidal load voltages under unbalanced AC loading. The unbalanced load is characterized in the d-q-0 rotating coordinate based on symmetrical sequence components. Also, the mathematical model of the load converter in both a-b-c and d-q-0 coordinates is derived by using the average large signal model. Then, two control strategies for the load converter are presented. The first one uses the conventional d-q-0 controller to ensure the voltage and current regulation. The second one is a newly proposed control strategy based on the decomposition of the voltage and current into in-stantaneous positive, negative, and zero sequences. These three sequences are controlled independently in their own reference frames as DC signals. The performance of the load converter using these two control strategies is compared. Simulation results show the validity and capability of the newly proposed control strategy.