海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究

常规海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计模型的构建多采用粒子群优化算法。但该算法无法准确计算出海水与单桩基础之间的耦合力,估计准确率较低。对此,提出海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究。首先,根据海上风力发电机组与连接单桩基础的基本结构,将单桩基础结构进行断面划分,建立单桩基础结构动力学方程。然后,结合海水域、桩基区域和两者交界处这三个场域,求取海水与单桩基础之间的耦合力,并计算单桩基础的受力值。基于此,采用风力和海浪循环荷载作用下单桩基础的累积应变指数型经验式,构建单桩基础侧向位移估计模型。以某海域NREL 5 MW单桩基础海上风力发电机组为算例,对所提模型进行仿真对比试验。试验结果表明,所构建的模型具有更高的估计准确率,即准确率在98%以上。该模型能够更好地监测和评估海上风力发电机组的结构安全性,及时发现潜在的问题并进行修复或维护。

基于海上风力发电机组中虚拟飞轮储能系统的频率支撑协调控制策略

针对海上风力发电场并入电网导致电网等效惯量下降问题,提出基于海上风力发电机组(OWTs)中虚拟飞轮储能系统(VFESS)的频率支撑协调控制策略,并利用遗传算法优化VFESS吸收和释放功率的曲线。首先,OWTs采用宽转速运行控制方法形成VFESS,通过释放和吸收能量来短时支撑电网频率;然后,考虑负荷扰动、VFESS存储容量、同步发电机组一次调频时间等条件后,利用遗传算法优化VFESS释放和吸收能量的功率曲线,以实现电力系统频率跌落幅度最小、频率变化率最小的目标。最后,算例分析表明采用该方法的OWTs能提供短时频率支撑,减小电力系统低频减载装置动作次数。

海上风力发电机组齿轮箱安装运行技术分析

齿轮箱是海上风力发电机组的重要传动设备,针对海上风力发电机组高可靠性的要求,结合笔者多年的海上石油平台工作经验,开展了风力发电机组齿轮箱安装运行技术研究,给出了齿轮箱安装运行过程中的技术要求,实施结果表明,相关技术要求能够保证海上风力发电机组稳定可靠运行,对于指导海上风力发电机组齿轮箱系统的安装具有重要意义。

海上风力发电机组单桩基础有毒有害气体治理的研究

近些年来,我国海上风电得到蓬勃发展。据统计,当前大部分海上风力发电机组基础采用单桩型式,而单桩基础内部底层泥沙中的海洋生物残骸发酵腐败后,生成H2S、CO等有毒有害气体,会积聚在单桩基础底部。随着气体量的增加,通过钢结构缝隙逐渐渗透进单桩基础平台,进而渗透进塔筒一层平台,对作业人员安全和风力发电机组的安全稳定运行造成威胁。文章对海上风力发电机,单桩基础有毒有害气体的处理进行了研究,此研究对单桩基础有毒有害气体的有效处理具有一定的借鉴意义。

基于漏磁检测的海上风力发电机短路故障诊断技术

海上风力发电机工作环境复杂恶劣,故障频发。文章基于漏磁检测的发电机短路故障识别技术,利用从采集的漏磁信号中提取的故障特征可有效识别发电机正常及故障状态。使用ANSYS有限元仿真软件建立双馈风力发电机模型,分析了发电机在绕组匝间短路故障情况下的内部磁场变化情况以及外部漏磁的情况,发现外部漏磁通会随着短路匝数的增加而变大。

海上风力发电机组运行数据实时分析系统

文章介绍了海上风机发电机机组运行数据实时分析系统,对风电场前期运行数据进行实时分析,实现对开发设计相关指标的验证及优化。加强机组运行效果监控,开发适用于研发人员适用的数据分析系统平台。数据分析平台开发内容主要包括:机组设备运行效果数据分析、性能评估;对机组运行关键数据进行自动分析,提供时序图、散点图等可视化展示。挖掘关键部件异常状态数据;对不同机组相同数据横向对比分析,提供二维、三维、雷达图等可视化展示。风机控策略执行异常识别,转矩策略分析、偏航误差分析。对机组累积数据自动分析,按照机组开发需求模式提供机组运行报告。故障触发时间点机组状态数据关联存储及分析。

5MW海上风力发电机绝缘系统的海洋环境模拟试验研究

笔者为了研究在海洋环境下风力发电机绝缘系统的状况,调查了海上风力发电机运行的环境气候条件,制作了模拟5 MW/3 kV级定子绕组绝缘系统的试样,在实验室进行了温度变化、恒定湿热和持续盐雾的加速海洋环境模拟试验,并测量了包括介质损耗因数和绝缘电阻等非破坏性特征参量以及击穿电压,评估了该绝缘系统对海洋环境的耐受性。试验表明,尽管在环境试验过程中线圈绝缘与铁心之间产生了微裂缝,盐水或湿气已渗入到铁心内表面,但由于半导电材料的屏蔽作用,试样的绝缘系统具有优良的耐海洋环境性。

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.

漂浮式海上风力发电机组独立变桨距控制技术研究

主要研究了漂浮式海上风力发电机组的独立变桨距控制技术。首先概述了当前海上风电的发展情况,重点介绍漂浮式海上风力发电机组,分析了漂浮式平台的流体动力学和运动学特征,建立了平台的模型方程。借鉴陆上风力发电机组独立变桨距控制器的控制策略,将平台的纵摇、艏摇和发电机的输出功率作为变桨距控制器的控制目标,针对风力发电机的非线性设计了专家PID控制器,利用d-q坐标变换技术将控制量分配到3个桨叶。为了验证控制器的可行性,在国外成熟的风力发电机非线性模型FAST上进行仿真试验,将结果与不对平台运动进行控制时和采用统一变桨距控制器时的结果进行对比,对比结果表明独立变桨距技术能有效减小平台的纵摇运动,并且对输出功率的影响较小。

海上风力发电机绝缘系统的耐海洋气候性试验研究

为研究风力发电机绝缘系统的耐海上环境气候性,制备了风力发电机绝缘系统模拟试样,并对其进行冷热循环、恒定湿热和持续盐雾的环境耐受试验,分周期测量介质损耗因数和绝缘电阻等非破坏性介电特性参量以及剩余击穿电压,并对绝缘材料的宏观和微观结构进行剖析。结果表明:经加速环境耐受试验后,线圈绝缘与铁心的界面产生了微裂缝或剥离,绝缘的介电性能虽有下降但仍然处于正常的指标范围内,表现出良好的耐候性。

海上风力发电机组支撑结构动力特性分析

采用欧拉-伯努利梁模型来模拟海上风力发电机组的支撑结构,利用通用有限元软件ANSYS对机组支撑结构进行计算建模。在此基础上,分析了风力发电机组上端结构质量(风轮、机舱等)、整个机组重力以及海水对支撑结构固有频率的影响,并给出瞬态冲击下支撑结构的动力响应历程。计算结果表明,在计算海上风力发电机组支撑结构固有频率时应考虑上端结构质量的影响,可以不考虑重力的影响,而海水对高阶固有频率影响很大;在瞬态冲击下,上端结构质量使得支撑结构响应变得平缓。

海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究

支撑结构设计是大型海上风电机组设计的重要部分。文章分析了海上风电机组的各种环境载荷,并以3MW风力机组为例计算其所受环境载荷,包括作用在支撑结构顶端的由风机叶轮转动引起的水平轴向力、作用在塔筒上的风载荷以及作用在基础上的海流、海浪载荷,并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相互作用。在考虑风轮影响情况下,利用有限元法对支撑结构进行了模态分析。最后,分析了环境载荷作用下支撑结构的动态响应。计算结果表明,在对海上风力发电机组进行动态响应计算时,环境载荷之间的相互耦合作用不能忽略。

基于混合灵敏度H_∞的海上风力发电机组变桨控制及振动抑制

针对海上风力发电机组输出功率波动大和塔架振动明显的问题,设计了混合灵敏度H∞变桨控制器,并引入塔架前后加速度反馈控制,基于SUT-3000双馈风力发电机组模型,利用GH_Bladed软件进行仿真验证。仿真结果表明,在该控制策略作用下,海上风力发电机组输出功率比传统PI控制方法波动更小,保证了海上风力发电机组在高风速运行时输出功率的稳定性,同时降低了塔架前后振动响应。

海上风力发电机桶形基础竖向初始动阻抗影响因素分析

利用ABAQUS大型通用有限元软件,建立弹性半空间中的海上风力发电机桶形基础(简称桶基)有限元模型。将数值解与已有解析解对比,验证桶基数值模型的准确性。并研究不同因素对桶基竖向初始动阻抗的影响,以及桶基与桶壁壳基础初始动阻抗的关系。结果表明,桶基长径比、桶基厚径比、土体泊松比、土体剪切模量、土体非均匀性对初始动阻抗影响明显,桶基材料对初始动阻抗影响不大;桶基和桶壁壳基础初始动阻抗基本重合,桶基可以退化为桶壁壳基础进行模拟。

海上风力发电机组桩体波浪力计算分析

为快速校核海上风力发电机组单桩在波流联合载荷作用下的结构安全,基于Morison公式和谱分析方法分别推导中等水深下单桩的波浪力解析计算公式,并通过Matlab软件编程计算。结果表明,两种波浪力计算方法简便可行,各具优势,可依据实际海况和不同的设计方式选择应用。

海上风力发电机叶片裂纹图像分割方法研究

我国很多地区都是高风能地区,非常适合发展风力资源,尤其是海上风能资源的开发。但海上风能的开发受到设备的影响,在风力集中的地方,环境也十分恶劣,设备的损坏率较高,对于海上风力发电设备的运行会产生较大影响。本文首先分析了研究风机叶片裂纹检测的学者及其使用的检测方法。其次,分析了图像分割技术,主要包括对原有图像分割算法的改进,结合相关交叉学科的新理论寻求新的图像分割算法,以及对不同图像分割算法匹配合适的图像分割评价方法和评价准则。分析了基于区域分割、边缘检测及其他图像分割方法及其应用效果。大多数研究人员在对检测风机叶片裂纹时都使用较新技术来提高识别率,再将不同的方法进行结合运用,同时也不断尝试发掘新的图像分割算法以得到更好的效果。针对不同研究目标使用不同算法得到的效果准确度各有差异,因而针对不同模态的图像要结合不同的理论选取合适的方法。不管是引入新的概念和理论,还是将优势互补的算法相结合,都以提高风机叶片检测的精确度为目标。

3kV海上风力发电机定子对地绝缘结构的研究

海上风力发电机所处环境温差大、湿度大、盐雾重，定子绝缘系统的设计除了需要考虑发电机本身的负载外，还需慎重考虑环境因素对绝缘系统的影响。本文选用不同厂家的绝缘材料制作了3KV海上发电机的模拟试验线圈，并测试了这些线圈的常规电性能；然后选择了一种结构进行多因子环境老化试验，通过检测常态工频介质损耗角正切及电容、常态直流绝缘电阻及吸收比、3Un下直流泄漏电流、工频局部放电起始电压、工频电晕起始电压等老化特征参数，监测了每个老化周期完成后试验线圈电性能的变化情况，对3kV海上风力发电机定子对地绝缘结构的可靠性进行了初步研究。

海上风力发电机塔架攀爬机器人机体结构的有限元分析

通过设计海上风力发电机塔架攀爬机器人的结构,利用有限元分析,对机器人的传动部分、支架部分、攀爬部分进行分析,利用有限元方法以及理论计算进行对照,将传动部分的齿轮、攀爬部分的滚轮、支架部分的压紧块进行了有限元分析,得出结论,机体结构合理,强度较高,疲劳寿命好,振动较低,不易产生共振,可以很好地在海上风力发电机上工作,为后续海上风力发电机塔架攀爬机器人的研究提供了有效的帮助。

基于载荷优化的漂浮式海上风力发电机组变桨距控制研究

首先建立漂浮式平台流体动力学模型,重点提出一种变桨距控制的改进方案,针对复杂载荷环境导致的海上风力机系统建模不精确,利用基于先进记忆的控制策略进行桨距角补偿,有效减少了不对称气动载荷和平台运动。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台以NREL-5 MW漂浮式海上风电机组为仿真模型验证改进控制器的有效性。分析和仿真结果表明,相比传统的独立变桨控制,改进的控制器在减少疲劳载荷和平台振荡有更好的性能,提高了系统的稳定性和可靠性。

海上风力发电机防腐蚀涂层体系评价

为了分析探讨不同底漆及其涂层体系应用于海上风力发电机的可行性,通过中性盐雾、耐磨性、紫外老化、循环腐蚀和户外暴露试验等研究了各涂层的防护性能。结果表明:P09~P12 4种富锌底漆在2 000 h中性盐雾试验后锈蚀、起泡和剥离等级均为0(S0),具有较好的耐盐雾腐蚀性;T08、T09、T12聚氨酯面漆的耐磨性均不低于1.3 L/μm,具有优良且性能接近的耐磨性;T07、T08、T10、T12面漆实验室紫外老化失光率未超过1级,具有较好的耐紫外老化性能;S12环氧富锌聚氨酯涂层体系在循环腐蚀以及户外暴露试验后仍具有6.75 MPa(舟山)以上的附着力,具有较好的耐腐蚀性能。不同厂家同类型油漆及其涂层体系在防护性能上仍存在差距,S12涂层体系具有较好的综合防护性能,可用于海上风力发电机的防腐蚀。