海上风电经VSC-MTDC并网研究

文中建立了风电场经两种拓扑结构的VSC-MTDC并入电网的模型,两种模型为串联模型和并联模型,并基于两种拓扑结构的比较结果对多端柔性直流输电控制器进行了优化。仿真模型主要包括:风电场等效聚合模型,风电场换流站控制器,直流电缆的Bergeron模型。优化方法采用单纯形算法。将两种拓扑结构的模型进行了仿真分析,仿真结果显示,在考虑到受交流系统扰动以及风电场侧切机情况下的稳定性,并联系统更加适合海上风电场经柔性直流输电并网。采用单纯形优化后的VSC-MTDC动态响应能力相对于优化改进前有了很大的提高。

风力发电系统警报信号故障诊断

改进了外展推理与简洁覆盖集理论并结合模糊决策思想对风力发电系统的SCADA警报信号进行分析,通过对变桨系统警报信号的分析实例,论证有效的SCADA警报信号分析不仅能实现故障诊断且对优化风电机组的设计具有一定指导意义。

基于无迹卡尔曼方法的风电机组齿轮箱故障诊断

在对风电机组的运行特性和齿轮箱温升机理的研究基础上,提出一种基于无迹卡尔曼方法(UKF)的风电机组故障诊断策略。该模型实现了对齿轮箱温升的有效预测,并在风电机组故障的情况下实现有效检测。对不同故障类型的诊断测试结果可显示机组局部故障对风电机组各关键参量的动态影响,同时表明UKF方法对不同故障条件下输入参数的变化有特殊响应。因而根据风电机组不同的故障模式,通过有针对性的算法输入参量设计可实现风电机组多种故障的有效诊断,为分析SCADA数据隐含的故障信息提供了一种有效手段。

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性。

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。

考虑风能随机性的VSC-HVDC风电并网优化方法研究

随着能源危机的日益临近和电力电子器件技术的大幅进步与应用,风电场经VSC-HVDC并网已经变成了一种可能。相对于其他诸如火力发电和水利发电等传统发电方式,风力发电不能够控制能量的注入与供给,所以风力发电的输出稳定与否主要取决于风速的变化。建立了风电场等效聚合模型和柔性直流输电(VSC-HVDC)的详细模型。为了平抑风电并网时风电场的功率波动,分别采用了单纯形法和遗传算法对柔性直流输电的控制器进行了优化,优化结果显示,两种优化方法均能平抑风电场的输出功率波动。

基于EKF和UKF的风电机组非线性状态预测

风电机组的状态监测和故障诊断依赖于对其关键状态参数的参考值进行有效预测。文章采用基于系统模型的非线性状态评估方法对风电机组关键的状态参数进行预测。通过对风电机组进行建模仿真,构建扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波模型预测风电机组主轴转速和发电机电磁转矩,对比两种方法的预测结果在不同测量步长下的差异。结果显示,无迹卡尔曼滤波方法比扩展卡尔曼滤波方法具有更强的收敛性和稳定性,受测量步长影响更小。

风电机组齿轮箱高速轴端轴承热-应力耦合故障分析

建立了风电机组齿轮箱高速轴端轴承的热阻网络模型,研究了在变风速、变载荷情况下轴承的动态热特性.采用Ansys Workbench有限元方法进行三维热-应力耦合分析,并模拟轴承及其在故障条件下的温度、形变及热应力特征.结果表明:风速、轴承内圈和滚动体之间的接触热阻及润滑油的对流接触热阻对轴承的温度有显著影响;轴承正常运行时,最大形变出现在内圈与滚动体接触面,最大热应力出现在外圈外表面边缘;当轴承出现胶合以及磨损故障时,其温度分布、热流量及热应力均有不同程度变化.

融合电流和振动信号的永磁同步风电系统变流器故障诊断方法研究

全功率变流器是永磁同步风电系统的核心部件和薄弱环节,发展变流器的状态监测和故障诊断方法是提高系统可靠性的关键。现有的变流器开关管故障诊断方法多基于单一的电流或电压信号,在实际诊断过程中存在因信号缺失和信号干扰而导致故障漏检和误检的问题。近年来风电系统大量安装以高灵敏度振动传感器为主的状态监测系统,这为变流器故障诊断提供了新的诊断途径。文章提出振动信号用于变流器故障诊断的可行性,通过理论分析,论证电流与发电机结构动态响应之间的关联机制和基于振动信号的故障诊断定位规律。在此基础上,进一步研究融合电流和振动信号的变流器故障诊断方法,通过建模仿真和实验结果,验证其有效性和可行性。实验结果表明,该方法能有效降低故障漏检率和误检率,提高诊断的完备性和可靠性。

考虑三维旋转和动态失速的风力机气动力建模

由于叶片流动分离和失速机理较为复杂,且缺乏深入理解,风力机非定常、非线性气动载荷难以准确预测。针对动态失速和三维旋转效应,基于Leishman-Beddoes模型和Bak模型,预测偏航条件下NREL Phase VI叶片的气动响应,并与实验值和二维数值模拟结果对比。考虑动态失速和三维旋转效应,有效提高叶片剖面升力的预测精度。但是,非线性段气动力的模型预测值与实验值偏差较大,表明三维旋转效应和动态失速耦合作用显著。从叶尖到叶根,局部入流迎角的平均值和幅值显著增加,气动力的非定常程度逐渐升高,因此耦合作用主要存在与叶根处。耦合作用改变了动态失速特性,使得30%剖面气动力迟滞环从二维的顺时针变为逆时针。二维和三维气动力的差别主要体现在下风侧,表明下风侧耦合作用大于上风侧。

基于机器学习的风电机组变桨系统故障研究

针对变桨系统的齿形带断裂故障问题,首先通过分析变桨系统的工作原理,基于多维SCADA信号进行特征数据挖掘,再利用主成分分析法对数据进行预处理,并保留时序信息重构数组,最后利用高斯核支持向量机进行机器学习,实现对齿形带断裂故障的智能检测。结果表明该方法可准确诊断齿形带断裂故障,并已通过多台风电机组监测数据进行验证,准确性可达到98.8%,证明该文所用方法和模型的广泛适用性。研究结果可对未来智慧风电场的开发管理提供有利用价值的工具。

基于等模补偿比和SVPWM八扇区划分的直驱式风力发电系统变流器容错控制

功率变流器是直驱式风力发电系统的关键部件,变流器的功率开关管在发生故障之后会造成风电系统非计划停机。文中详细分析在功率开关管发生开路故障前后三相两电平脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器电压空间矢量的状态变化。通过八扇区划分方式修改开关模式,在保留原电路拓扑的前提下,基于等模原则对受故障影响的扇区实施有效补偿。该方案能够对单管故障和同一桥臂双管故障实现补偿,较好地降低在故障情况下的三相电流总谐波畸变(total harmonic distortion,THD),减小母线电压纹波和发电机转速的波动,从而提高系统可靠性。通过仿真及实验验证容错控制方法的有效性与可行性。

基于警报信号和D-S证据理论的风电机组故障诊断

数据采集与监视控制系统(SCADA)储存了风电机组大量的警报信号,这些警报信号对故障类型具有一定的指示作用。为了及时有效地检测出风电机组故障,提出一种基于低频SCADA警报信号和D-S证据理论的风电机组故障诊断方法。首先从维修记录中提取故障类型构建辨识框架,然后选取故障当天触发的所有警报信号作为证据源,最后基于改进的D-S理论进行信息融合实现故障诊断。验证结果表明,该方法可以实现风电机组故障的有效诊断,为风电机组故障诊断提供了一种新的思路。

基于数据挖掘的风电机组叶片结冰故障诊断

针对风电机组叶片结冰故障无法精确预测的问题,提出基于数据挖掘的故障诊断方法。该方法首先采用特征筛选算法从SCADA高维数据种提取故障模式最相关的特征,然后结合类别不平衡学习算法处理高度不平衡的SCADA数据集,最后利用四种分类算法建立风电机组叶片结冰故障诊断模型。结果表明,基于随机森林算法的故障诊断模型具有最好的诊断性能和泛化性能,该方法能够实现风电机组叶片结冰故障的有效诊断,对风电机组的维护具有参考指导意义。

基于并联平台的海上风电运维船舶辅助登靠系统

与陆上风力发电设备相比,海上风力发电机的运营工作更复杂,维护难度更大。文章针对海上并联风电平台的应用,设计了运维船舶的辅助登靠系统。该系统能补偿因风浪导致船舶的6个自由度不规则运动,用于帮助工作人员安全登靠。为验证系统可行性,采用Adams建立了并联平台的虚拟样机,导入Matlab,以并联平台的运动学反解为基础,建立了PID反馈控制系统,对并联平台的减振性能进行了仿真研究。仿真结果表明,该系统具有较好的响应特性,各自由度减振效果达到了95%,具有一定的工程应用价值。

基于模糊综合评判的风电机组电路板故障诊断研究

针对变桨控制系统中故障电路板,文章以虚拟仪器技术为软件平台,嵌入式计算机作为硬件平台,形成了一套以电路板PMPC为测试对象的测试平台。针对电路板无完善工作原理图、无法有效获取先验知识和故障数据库的情况,提出了基于模糊综合评判的故障诊断方法,以故障测试点隶属度作为智能评判标准,同时改进了基于故障征兆与故障原因集的模糊综合评判算法。经故障诊断实验表明,该故障诊断手段是可行的。

一种基于电路等效替换的整流器容错控制方法

对三相桥式PWM整流器中单个功率开关管开路时的电路模型进行化简,并对其分析和讨论,提出一种基于电路等效替换的容错控制算法。当开路故障发生时,在不改变整流器拓扑结构的前提下,该方法能有效减少交流侧电流畸变,维持直流母线电压稳定。通过仿真和实验验证所提出的容错控制方法的正确性和有效性。

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。

一种考虑损耗的风电系统MPPT控制方法研究

考虑永磁同步风电系统的损耗,设计一种优化系统输出电功率的最优功率控制方法,通过Matlab/Simulink软件对风电系统建模,对常规最优转矩控制和新的控制方法进行仿真对比,结果显示新的控制方法对优化系统输出电功率有明显效果。

变风况下风电齿轮箱疲劳损伤评估研究

风电齿轮箱疲劳损伤的量化是风力发电机齿轮箱设计及工程应用中亟需解决的关键问题。文章通过建立齿轮箱多体动力学模型,在考虑齿轮箱外部和内部激励条件下,使用线性疲劳损伤理论,对其在不同风况下的10 min疲劳损伤进行了研究。结果表明,在相同风况下太阳轮的短期疲劳损伤最高,齿轮的短期疲劳损伤随着短期平均风速的增大而增加。基于该评估结果,提出了一种基于SCADA风速统计数据,对风电齿轮箱齿轮长期疲劳损伤进行的评估方法。该方法可以对风电齿轮箱的长期疲劳损伤做出初步的估算,其结果对校核齿轮箱在设计寿命内的机械参数亦具有一定参考价值。