海流能发电装置叶片性能及气蚀研究

对水平轴螺旋桨式海流能发电装置叶片的升阻系数特性及气蚀特性进行了数值模拟研究,研究结果与文献的试验结果较好地吻合,并得出了结论。

海流能发电装置功率控制技术研究

以25kW 级水平轴式海流能发电装置为原型,分析其小信号数学模型;根据其特性,探讨最大能量跟踪及功率控制的方法,并提出间接速度控制的最佳转矩-转速曲线跟踪方法;仿真结果验证了控制策略的正确性和可行性。

基于AMESim的海流能发电装置液压传动系统的建模与仿真

通过对海流能发电装置液压传动系统的研究,建立了系统主要模块的数学模型,并基于AMESim软件平台构建了海流能发电装置液压传动系统的仿真模型,在Matlab/Simulink中设计了控制器模型,进行了联合仿真。联合仿真结果表明:采用容积调速控制可以实现海流能发电装置的变速恒频控制,从而实现能量的最大捕获和输出功率稳定。

基于液压传动的海流能蓄能稳压发电系统仿真

在海洋能发电装置中采用基于液压传动的蓄能稳压方式可以较好地实现能量的最大捕获和输出功率稳定。实现这一功能的系统主要由能量输入系统、液压系统、发电系统和自动控制系统等组成。文中首先对系统进行数学建模及计算机仿真,然后在半物理仿真试验台基础上,对各种工况进行了仿真研究。计算机和半物理仿真试验台的仿真结果表明,该系统可以实现海流能发电装置的变速恒频控制,从而实现能量的最大捕获和输出功率稳定。

海流发电装置轴向力分析及液压平衡装置设计

针对水平轴螺旋桨式海流能发电装置正常工作时轴向力很大的问题,运用流体力学理论、叶元动量理论及流固耦合模拟的方法,对叶片受力进行分段求解再叠加计算出轴向力。计算的轴向力与数值模拟仿真结果较好地吻合。理论分析和仿真计算表明水流流速的变化及流固耦合使轴向力呈随机非线性变化。根据轴向力规律性变化的特点,设计一种新型的液控式轴向力自动平衡装置,在Bladed和AMESim软件中建立系统联合仿真模型并进行研究,结果表明该液控平衡装置可以较好地抵消水流引起的轴向力波动,从而可以保护轴承结构。

数值仿真技术在风力发电机机舱散热设计中的应用研究

为解决风力发电机组机舱内空气流动不合理及局部温度过高的问题,将数值仿真技术应用到风力发电机组机舱散热设计中。开展了机舱内热源散热形式和流动特性的分析,建立了简化的三维物理模型,提出了结合计算流体力学和热力学对系统进行数值仿真的方法,在CFD软件上对不同物理模型的散热性能进行了评价。研究结果表明,原模型机舱内空气流动不合理,核心区域无法得到冷却,导致局部区域温度过高;优化后模型对入口空气流量进行了重新分配,增大了核心区域冷却空气的流量和流速,同时实现了机舱整体温度的降低。

基于混合Copula函数的风电场可用惯量评估方法

针对风电场可用惯量值与标称值可能存在较大误差的问题,提出一种考虑风机风速分布和机组运行工况的可用惯量概率化评估算法。通过对物理影响因素的分析得到风电场平均风速的时空分布特性,进而利用混合Copula函数构建大气湍流影响下的瞬时风速条件概率分布模型;基于双馈风电机组虚拟惯量控制建立风机可用惯量和惯性功率增量的估算模型,并考虑风电场各风机的实际运行状况,得到基于一定置信度下全风电场的可用惯量区间评估曲线。以实际风电场的结构及运行数据为例进行单个风电场的可用惯量评估,利用统计数据验证了置信区间评估结果的有效性。

双馈风机故障穿越期间转速波动特性分析及其抑制方法

随着风电渗透率不断增加,为维持电网运行安全稳定,要求风电机组具有故障穿越(fault ride through,FRT)能力。在目前双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)故障穿越的控制策略下,电网故障引起的有功功率不平衡,可能会导致转速较大幅度的波动。基于此,首先考虑风功率捕获、桨距角控制、故障穿越控制及转子运动等因素,建立起用于观察双馈风机故障穿越期间转速波动特性的数学模型。然后,对转速波动的特点及其出现的原因进行了理论分析,并据此提出了基于桨距角控制模式切换的控制方式,来改善故障穿越期间双馈风机的转速波动特性。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真平台上建立了双馈风机时域精细仿真模型,并验证了所提控制策略的有效性。

基于载荷优化的风电机组变桨控制技术研究

以国产兆瓦级风力发电机组为依托,研究大型风力发电机组独立变桨距控制技术,以优化机组的疲劳载荷。将独立变桨控制过程解耦为协同变桨控制过程和偏差变桨控制过程,并分别进行协同变桨控制和偏差变桨控制的理论研究;偏差变桨控制系统是一个多输入多输出线性系统,通过Park坐标变换和逆变换技术,将偏差变桨控制系统解耦为两个单输入单输出线性系统,实现采用经典控制理论设计相关控制器,极大提高独立变桨控制技术的工程实用性。采用GH bladed软件,对一台1.5 MW机组的仿真研究结果表明:采用独立变桨控制不仅可以实现传统协同变桨控制的功能,而且还能有效减小风电机组各关键部件的疲劳载荷。

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。

大型风电机组独立变桨控制技术研究

通过对风力机简化模型的分析,推导出风力机的运动方程和输出方程;通过卡尔曼坐标变换将塔架前后运动方程和载荷输出方程所代表的线性时变系统解耦为线性时不变系统,在此基础上提出带3个独立控制环的独立变桨控制策略;利用"GH Bladed"软件对独立变桨控制策略进行仿真试验研究,仿真试验结果表明,采用独立变桨控制技术不但能实现转速控制功能,还能有效减小叶片根部挥舞力矩、轮毂倾翻力矩、偏航力矩的波动,从而能有效降低变桨轴承、主轴、轮毂、偏航轴承、塔架上的疲劳载荷。

大型风电机组塔架主动阻尼控制技术研究

研究一种大型风电机组塔架主动阻尼控制技术,基于对塔架顶部前后加速度的检测,在现有风电机组变桨控制环中新增一个塔架主动阻尼控制环,以实现增加塔架前后一阶模态的阻尼,进而能显著减轻机舱、塔架前后方向振动和塔架载荷。首先从理论上分析了塔架主动加阻控制基本原理,然后阐述塔架主动控制技术的控制规律及实现方案,再利用经典控制理论完成塔架主动阻尼器的设计。在GH Bladed软件中进行Windey 1.5MW-82机组的建模和塔架主动阻尼控制技术仿真研究,并在张北单晶河风场的一台1.5 MW机组上进行塔架主动阻尼控制技术现场试验,仿真结果和现场试验结果均验证了本塔架主动阻尼控制方案的合理性,且控制效果显著,具有实际推广应用价值。

基于中微尺度耦合模式的风电场风资源评估方法研究

针对传统风资源评估方法采用假设的入流风廓线模型而无法考虑宏观大气环流对风电场内风流动影响的问题,文章基于中尺度WRF模式和微尺度CFD模型,研究了基于中微尺度耦合模式的风资源评估方法。首先,建立基于WRF模式的中尺度数值模拟方法和基于CFD方法的微尺度风资源评估方法;其次,研究了中微尺度数值模拟方法的耦合原理,构建了从中尺度模拟结果中提取微尺度建模计算边界附近风速廓线的方法,建立了中微尺度耦合风资源评估流程;最后,通过某复杂山地风电场进行验证。验证结果表明,中尺度模拟结果可以改善微尺度CFD模型的入流边界条件,并有效降低风资源评估的误差。

大型风电机组独立变桨控制技术仿真与现场试验研究

研究基于对桨叶根部载荷和叶轮方位角测量的大型风电机组独立变桨控制技术,以优化风电机组关键部件载荷,提高机组可靠性和延长使用寿命。通过解耦和坐标变换的方法,实现用经典控制理论完成独立变桨控制系统设计;在GH Bladed软件中建立了Windey 1.5MW机组模型,并在Bladed软件中完成独立变桨控制技术的仿真研究,仿真结果表明采用独立变桨控制技术既可实现原采用非独立变桨控制的功率控制性能,同时又能达到减小机组关键部件疲劳载荷的目的;在张北满井风场对#1台1.5MW机组进行独立变桨控制技术的现场试验,试验结果验证了采用独立变桨控制技术能有效减小风电机组关键部件的载荷。

双馈式风电机组高电压穿越技术联合仿真研究

从风电机组整机角度,开展双馈式风电机组高电压穿越技术的研究。首先,对双馈式风电机组的传动链系统、变桨系统和双馈发电机等进行理论建模研究;其次,具体阐述双馈式风电机组的高电压穿越实现技术;最后,利用GH Bleded软件和MATLAB软件各自的优点,对双馈机组高电压穿越性能进行联合仿真研究。结果表明:研究的高电压穿越技术能较好地实现高电压穿越功能;同时,双馈式风电机组具有高电压穿越功能后,在电网扰动故障情况下,还可以减小对机组关键部件造成的载荷。

基于有效风速估计与预测的风电机组自适应最大风能跟踪控制（英文）

针对如何在有效风速未知情况下实现风电机组最大风能跟踪(MPPT)的问题,本文使用支持向量回归(SVR)和自适应控制原理,提出基于有效风速估计与预测的自适应MPPT控制方案.首先,使用机组的历史运行数据,训练得到基于SVR的风速估计与预测模型,为MPPT控制提供实时参考输入.其次,结合在线学习估计器(OLA)和减小转矩增益(DTG)控制原理,设计自适应MPPT控制器,该控制器能够较好应对系统未知动态特性和干扰,且能降低传动链载荷.最后,使用李雅普诺夫原理证明闭环系统所有信号都是有界的.仿真结果表明本文提出的方法能够获得良好的MPPT效果,进而提高机组产能.

基于运行数据的风电机组偏航优化控制方法研究

针对风电机组偏航控制系统在实际应用中自适应水平差、控制精度低等问题,首先利用某风电场的实际运行数据,分析了当前该风场风电机组偏航系统的控制性能;其次根据对风误差随风速的变化特点,提出了分风速段的偏航控制策略优化方案;最后选择相关性最好的两台机组进行了实验验证。实验结果表明,优化后的偏航控制策略能够在不增加机组偏航次数的前提下有效降低机组的对风误差,提升机组的出力性能。

基于历史运行数据的风电机组风向标测量误差校准方法

为消除风电机组风向标测量误差对偏航控制精度的影响,减少因偏航误差过大造成的发电量损失,提出基于历史运行数据的风向标测量误差校准方法。首先采用改进的DBSCAN聚类算法清洗数据样本,然后通过消除多余影响因素、双调和样条插值及发电性能量化等分析方法辨识出风向标的测量误差,最后根据辨识结果对偏航控制系统零位参数进行修正。现场实验表明,该方法能够有效校准风向标的测量误差、提升机组的发电性能,风向标测量误差大于3°时,校正后风电机组的理论年发电量能够提升1%以上。

基于RBF神经网络的风力发电机组系统辨识研究

针对风力发电机组精确的数学模型难以建立的特点,采用RBF神经网络对风电机组进行了系统辨识。通过对风力发电机组转矩环和桨距环的动态过程进行分析,设计了基于RBF神经网络算法的风力发电机组转矩环与桨距环的辨识系统,采用RBF基函数构成隐含层空间,RBF参数确定后,非线性映射关系就确定了,将输入矢量直接映射到隐含层空间,对隐含层节点输出进行了线性加权求和,得到了输出层。研究结果表明,进行转矩环辨识时,辨识系统的输入信号为转矩给定,输出信号为发电机转速,辨识结果的误差率为1%;进行桨距环辨识时,辨识系统的输入信号为桨距角,输出信号为发电机转速,辨识结果的误差率为3%;采用RBF神经网络算法进行系统辨识具有较高的辨识精度和效率。

MW级风电机组多体动力学建模与实测验证

基于柔性多体动力学理论,该文在S4WT中建立MW级风电机组的高精度多体动力学模型。利用机组的运行信息,重构轮毂高度的时序风,结合机组的控制策略,对变速控制段以及变桨控制段进行仿真分析,并将仿真得到的时序结果与实测载荷进行对比,仿真与实测吻合得较好,验证了该文建立的多体动力学模型的准确性。在建立的模型基础上研究风剪切系数对叶根挥舞弯矩变化的影响,叶根挥舞弯矩的频率分析结果表明:叶根挥舞弯矩振幅变化与风剪切系数变化存在线性关系。