计及风剪效应的垂直轴风力机叶片倾角优化

风剪效应易使垂直轴风力机叶片受到的载荷不均匀,造成叶片产生振动及疲劳损坏。针对一种1. 5 MW H型对称翼垂直轴风力机,采用双致动盘多流管理论分析不同倾角下对应叶片的受力情况;以叶片倾角优化前后的风功率相等为目标函数,对叶片倾角进行优化计算。提出采用方差评价叶片受力不均的衡量方法。结果表明:风轮运行一周过程中,风剪效应对叶片载荷的影响主要集中在法向力载荷上。对于该1. 5 MW风力机,最优叶片倾角为-7°。经过倾角优化后,一周内表征受力不均匀的最大方差由1. 53降到0. 96,方差平均值由0. 66降到0. 52,垂直轴风力机叶片受力情况得到明显改善。

风力机的风剪塔影模拟及功率脉动抑制

为了开展风机变流器的实验室模拟研究,设计基于双馈发电机的动态风机模拟器,提出一种在发电机侧进行转矩指令动态补偿的模拟方案,并建立整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。对风机的风剪、塔影效应进行定量的分析与模拟,详细地研究由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。提出一种发电机侧转矩脉动抑制的控制策略,对三次转矩脉动量进行抑制。仿真和实验结果证明了控制策略的有效性和可行性。

H型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响

针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围内产生的气动力合成到主轴位置上后不能互相抵消,发生振荡且作用方向不定;对于大型垂直轴风力机,风剪效应的存在有利于降低主轴偏振效应;在H型垂直轴风力机气动设计中,当叶片数为3片时,主轴振动幅度最小;当高径比为0.5088时,主轴振动幅度最小;当展弦比为14.2015时,主轴振动幅度最小。

双馈风力发电系统3次功率脉动的研究

为研究风剪、塔影效应引起的转矩3次脉动对风力发电系统的影响,设计了包含风剪、塔影效应的风机动态模拟器,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案,并建立了整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。依据等效风速原理,对风机的风剪、塔影效应进行了定量分析与模拟,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的3次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。仿真结果验证了文中理论分析的正确性和有效性。

风力机动态模拟器的仿真研究

为了满足实验室研究风力发电技术的需要,该文设计了动态风力机模拟器。在分析实际风力机与模拟系统差异的基础上,综合考虑了风力机的风剪效应、塔影效应及其风力机的大惯量特性,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案。详细分析了惯量补偿的原理,并对其正确性进行了数学论证。理论分析和仿真结果表明,模拟系统的动特性与风力机的理论动特性高度吻合,可方便地用于实验室条件下的风力发电技术研究。

风电引起3p闪变的仿真分析

为研究风电机组风剪效应和塔影效应对电压闪变的影响,依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在MATLAB/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3p频率的电压闪变。由于IEC闪变测试系统在低频段存在误差,提出了基于Hilbert-Huang变换的闪变检测。通过仿真得到结论:风电机组塔影效应引起的电压波动和闪变的频率为风轮转速的3倍,闪变值随桨叶半径和桨叶旋转平面到塔架距离的增大而减小,随塔架半径的增大而增大,轮毂高度和风剪效应对闪变的影响很小。

风电引起3次脉动闪变的仿真分析

依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在Matlab/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3次脉动闪变。

一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台

提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统;针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程;利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。

减小叶片不利载荷的统一变桨技术

风机在实际运行中,由于风剪切和塔影效应的存在,导致各桨叶载荷均不平衡。载荷的不平衡严重影响风轮的性能。为减小由于空间位置不同带来的载荷不平衡,首先,仿用威布尔分布函数对风轮立体面风速进行优化处理,以提高风速计算准确度,其次,利用Blade软件计算不利载荷大小,通过变桨距系统减小风轮叶面推力来降低载荷。实验结果:风速优化法在风速信号采集上进行抑制,降低了风速的波动频率。且计算后的不利载荷对桨距角进行补偿的方法,使叶轮在吸收风能的同时降低风机不利载荷和部分叶片震动,延长了叶片使用寿命。