基于加速度传感器的桨叶方位角和轮毂转速测量方法

随着风电装机容量的增加,风电机组需要更智能、更可靠的控制,这对变桨系统提出了新的要求。本文提出一种测量桨叶方位角和主轴转速的新方法,通过内置于变桨变频器的加速度传感器获取3个变频器的三向加速度分量,基于加速度分量可确定机组桨叶的方位角;另外,基于桨叶方位角的时间序列,可以计算得到机组主轴的转速。

珠海市16方位风速极值分布特征

为了更精确地定量描述珠海市的极端大风情况,采用基于POT的广义Pareto分布(GPD)方法,对珠海市2004—2022年逐日10 min最大风观测数据,分别进行了全风向风速和16方位风速的极值模拟,结果表明:香洲区东部、海岛、金湾区和高栏港西部的风速平均阈值较大。极端大风重现水平也最高,50和100 a重现期的重现水平分别达到了30和38 m/s以上,其中高栏港西部、海岛不仅平均大风较多,发生破纪录的极端大风概率也较大;大部分地区的极值指标较大,极端大风事件之间近似独立;斗门北部、高栏港、香洲东部的极端大风近年有明显增加的趋势。珠海大部分站点最大的极端大风风向都为NE、ENE和NNE。极端大风除了受到天气系统的影响,地形的影响也不可忽视。

基于移动平台的三维风速风向动态测量系统

由于风速风向对帆船等移动平台的影响,需要实现对风速风向的动态测量,因此设计了一款基于时差法的正四面体非正交结构超声波阵列的动态测量系统。该系统通过测量超声波在顺风和逆风下传播的速度不同,结合测量装置的结构解析,得到风速风向和俯仰角,利用磁力计补偿方位信息数据和中值滤波算法,解决了在移动平台上实时动态采集风速风向和俯仰角的问题。经实际测试,系统风速测量误差在±1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,俯仰角测量偏差不超过1°,达到预期设计要求。

星载SAR图像方位角计算及其对风速反演影响评估

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是海洋常规观测的重要技术手段,然而在其数据处理和关键物理参数反演中,SAR图像方位角SAR海面风速的反演精度。对此,根据SAR图像方位角的定义,结合空间卫星坐标系转换关系推导了?IMG,并进一步提出了基于SAR图像地面控制点的?IMG计算方法。通过对比分析2016年全球近70万景哨兵一号卫星波模式SAR图像,量化了?IMG与?SAT的系统偏差,发现该偏差与雷达入射角和轨道方向紧密相关。选用五次多项式拟合该偏差随纬度的变化规律,同时发现将卫星飞行方向角近似等于SAR图像方位角会引起海面风场反演误差,该误差空间分布不均,且升轨降轨有所差异,风速误差最大可达±0.5 m·s–1。研究结果表明,?IMG的正确计算和使用对于SAR地球科学研究具有重要意义,本文提出的?IMG计算方法对其他SAR卫星系列也具有实际参考价值。

角度风作用下多分裂导线的干扰效应和阻力系数

采用风洞试验方法研究角度风作用下多分裂导线的干扰效应和体型系数,对比不同风速和湍流度导线和同直径圆柱的阻力系数,获得不同风向角下多分裂导线的子线和整体的阻力系数,并与规范及他人结果进行对比.研究表明,高风速下导线的阻力系数比光滑圆柱小13%,说明绞线外形可以减小圆柱的阻力系数;子线之间存在前后遮挡效应时后方子线的阻力系数显著减小,子线间距越小时阻力系数越小;存在显著干扰效应的风向角下多分裂导线的整体阻力系数较小;直径23.94 mm、间距400 mm的多分裂导线阻力系数包络建议值为:1.02(单导线和二分裂)、1.00(四分裂)、0.97(六分裂)、0.93(八分裂).

激光雷达光束扫描及改进型VAD反演方法的仿真

为了弥补激光测风雷达风场反演速度方位显示法的不足、提高反演风速精度,提出了一种改进的方法。运用迭代预处理的方法提高原始雷达数据质量,消除小幅值风速和奇异点的影响,用统计求和平均的方法反演出3维风场;并建立了风场模型,通过数值计算软件进行了仿真和误差分析。结果表明,改进的方法反演出风速的误差不超过0.5m/s,比传统速度方位显示算法的精度提高了1倍。

旋翼无人机测算风速风向技术研究

目前大部分民用无人机没有准确测量风速、风向和预警风场的功能,然而森林火灾扑救等多种场景需要无人机可以提供准确的风速。本文提出了一种基于旋翼无人机坐标数据测算风速风向的技术,通过无人机主机RTK坐标信息及方位角、倾角数据精准获取螺旋桨点相对坐标信息,选择不同负载条件下无人机以1~16 m/s的不同速度分别飞行30 s以上,根据螺旋桨坐标信息变化数值,结合风洞测试数据及风场动力学原理,研究风速与旋翼无人机倾角关系,并通过风洞试验检验该方法精度;并可根据无人机RTK推算出的螺旋桨坐标变化信息判断风向。结果表明,无人机风速与旋翼无人机倾角呈正相关关系;无人机负载加重时,对应受风速干扰的倾角会相对减小;无人机飞行受阵风干扰出现噪点的概率,高海拔区域大于低海拔区域;并建立六旋翼无人机飞行倾角的风速估算模型y=-1.0435+1.1501x,该模型测算风速的中误差值为0.966,绝对值小于1,满足应急指挥现场对无人机测量风速精度要求。该方法得到风速测算精度高,可以为旋翼无人机实时获取风速风向提供一种可行方法,具有一定的实用价值。

激光测风雷达VAD反演方法的数值优化

为了提高多普勒激光测风雷达反演风场的速度和精度,采用 Newton—Gaussian 最小二乘优化方法对风场反演模型进行数值求解,并对 Newton—Gaussian 法的步长和初值进行讨论和调整,使得此算法的鲁棒性更强,同时也降低了传统速度方位显示反演方法中固有缺陷的影响。将其应用到研制的全光纤多普勒激光测风雷达系统中,实现了对低中空局部风场的反演。结果表明,该算法不但提高了风场反演的速度和精度,而且反演结果更稳定,适合实时计算。

VAD技术反演平均风向风速的研究

采用实测的单多普勒雷达速度资料 ,通过对比分析 ,重点讨论了非均匀分布 VAD计算方法和均匀分布 VAD计算方法的异同 ,以了解非均匀分布 VAD计算方法业务应用的可能性。结果表明 ,在多普勒速度场缺测值较少情况下 ,两者计算结果接近 ;在多普勒速度场缺测值较多时 ,两者计算的平均风向和风速有较大的差别 ,均匀分布 VAD计算的风速偏小 ,而非均匀分布 VAD计算结果比较合理。

机载测风激光雷达下视VAD反演及算法仿真

为了研究机载测风激光雷达对机下空域3维风场分布进行探测的问题,基于陆基测风激光雷达建立风场模型,采用Levenber-Marquardt(LM)最小二乘法优化径向速率,与传统反演算法进行了仿真对比。结果表明,机载测风激光雷达的工作原理和扫描方式与陆基测风激光雷达类似,不同的是,机载测风激光雷达不仅受飞机速度干扰,而且存在飞机飞行状态不稳定性影响、地球曲率影响、地面强散射回波干扰、地面杂波干扰等特有误差来源,使得风场反演难度更大;而LM最小二乘法具有Newton-Gaussian最小二乘法的快速收敛特性和梯度下降法的保证收敛特性,能满足风场快速和准确的反演。相关结果对测风激光雷达的优化具有参考价值。

降低风力机叶轮载荷独立变桨距控制策略

为了减小风力机叶轮的气动载荷,文章提出了将叶片方位角权系数分配与叶片根部气动载荷反馈相结合的独立变桨距控制方法(AAWC-LF)。控制器依据方位角的大小不同,利用权系数分配器重新分配每个叶片桨距角的调整变化量。同时,考虑到现场实际风速会突然大幅变化,在基于方位角权系数分配的独立变桨距控制基础上,增加了基于叶片根部实际气动载荷的桨距角修正环节。通过对比仿真曲线和实验结果,发现该算法增加了桨距角的调整次数,同时减小了叶轮所承受的气动载荷,对机组的输出有功功率没有形成冲击,叶轮转速更加平稳,控制效果较理想。

基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究

针对风切变和塔影效应引起的风力机气动载荷周期性波动,展开风电机组独立变桨距控制策略研究。基于叶素动量理论进行风轮叶片气动建模,在Matlab/Simulink平台上编程实现叶片气动载荷计算模型,并与GH Bladed仿真结果进行对比分析。提出了基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略,根据方位角反馈设置动态权系数,周期性调节每支叶片的桨距角,并在此基础上增加了叶根挥舞载荷PID控制环节,以微调修正桨距角。基于Matlab/Simulink和GH Bladed平台进行仿真分析,结果表明,该联合反馈控制策略可有效平缓周期或随机性的叶片挥舞载荷波动,而且对于减小风轮不平衡载荷以及降低风力机疲劳载荷有较好的效果。

兆瓦级风力发电机组多段权系数独立变桨控制

为了实现风力发电机3个桨叶的独立控制,依据风力机空气动力学原理、风轮扫及面内风速风切特性和塔影效应,提出了基于桨叶方位角信号的多段权系数分配独立变桨距控制方法.根据每个桨叶的方位角信号判断出该桨叶所在的风速区域,选取此区域所对应的相关权系数对3个桨叶统一的桨距角进行重新分配微调,将统一变化的桨距角转化为每个桨叶独立变化的桨距角.系统模型仿真结果表明,该方法不仅可以使3个桨叶桨距角能根据其受风情况做出相应变化,实现3个桨叶独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶拍打振动,而且能够根据简化的风力机模型进行变桨控制,方法简洁、有效、容易实现.

基于多普勒雷达VAD算法的业务应用讨论

多普勒天气雷达垂直风廓线(VWP)产品在业务预报中已有较广泛的应用,并得到了风廓线的某些特征结构与雷暴及强对流之间的对应关系。由于对多普勒径向速度反演得到风廓线产品的VAD算法缺乏了解,目前对VWP及速度方位显示(VAD)产品的应用还存在一些误区。文章由单多普勒雷达反演水平风场的基本原理入手,回顾了VWP及VAD产品在暴雨与强对流临近预报中的应用,并重点对VWP及VAD产品的业务应用误区进行了讨论。

风力发电机组的独立变桨控制

为了实现风力发电机组3个桨叶的独立控制,依据风力机空气动力学原理和风剪切效应,提出了基于桨叶方位角信号的权系数分配独立变桨距控制方法。通过权系数对3个桨叶统一的桨距角进行重新分配,将统一变化的变桨角转化为每个桨叶独立变化的桨距角。以2MW变速变桨风力发电机组为研究对象,基于Bladed软件平台对该控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明,相对传统的变桨距控制,独立变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出的同时还能减小齿轮箱转矩尖峰。

基于Workbench平台无人机光电吊舱风阻力矩仿真研究

机载光电吊舱所受的气动载荷会对其自身的运动特性产生影响,受到了结构设计人员的高度重视。传统的计算方法是基于经验公式来计算风阻力矩,有很大的局限性。采用计算流体力学方法计算吊舱的风阻力矩。基于Workbench平台获得吊舱在方位和俯仰运动下的风阻力矩结果,同时给出了不同角度下的变化趋势。该方法具有在较短时间内给出计算结果的优势,满足工程任务节点高度时效性的需要,也给设计人员提供了很好的参考。

基于前馈补偿方位角权系数的分程独立变桨距控制研究

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论对变桨距过程进行分程独立变桨距控制。在Matlab中进行仿真。仿真结果表明,该控制方法不仅可实现风力机的独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶的拍打振动,且可避免由于全程独立变桨距桨叶调节频繁所引起的电动变桨执行电机因过热损坏的问题。控制方法简单,更适合用于独立动作的电动变桨距执行机构。

基于倾斜角权系数校正的风电机组变桨控制

风力发电系统的数学模型具有高度非线性、时变、多变量、强耦合的特点,为了稳定发电机的输出功率以及减小桨叶受力,在分析机组特性和变桨距控制要求的基础上,根据空气动力学原理以及叶片受力分析等,提出一种基于权系数分配的独立变桨距控制方法,并在传统的根据桨叶的方位角进行权系数分配的基础上,依据倾斜角的变化进行权系数校正,通过仿真证明,在风速高于额定风速时,三个桨叶可以根据风速的变化独立调整其桨距角,从而保证在发电机的输出功率稳定的前提下,减小桨叶承受的气动载荷。

预报能力评分R值的应用

许绍燮院士1973年提出的预报能力评分R值,除了用于地震预报效能评价外,还可用于判断物理量的聚集程度和关联信息评价。本文给出了3个应用实例:余震序列响应周期扫描,确定太阳风磁场优势聚集方向,余震序列与其震前太阳风磁场方位的关联性评价。

风传感器智能化接口研究

介绍了应用于大型海洋资料浮标 FZF3- 1系统上的智能风速、风向采集系统 ,论述了该系统的软、硬件的设计原理和性能以及在无人值守。