基于锥角控制的下风向风力机功率调节策略

针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相关,叶根载荷与锥角余弦值的平方正相关;最后,形成了一套基于锥角控制的下风向风力机功率主/被动调节策略.研究结果表明:采用主动调节策略可在超额定风速运行时有效控制风轮输出功率,并可使叶根载荷极值降低14.2%;较控制前,采用被动调节策略可使得在超额定风速运行时,输出功率与额定功率的平均偏差减小20.84 W.两种调节策略皆可实现超额定风速运行时下风向风力机输出功率的有效控制.

国内外静力触探液化判别方法对比检验

静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)具有独特优势,使其成为了海上风电工程的主要勘察方法。海上风电工程位于液化易发区,因此研究基于CPT液化判别方法的适用性和可靠性就成为亟待解决的突出问题。详细介绍了4种国内外具有代表性的CPT液化判别方法,并采用理论分析及大量CPT液化实测数据检验,对现行的美国国家地震工程研究中心(National Center for Earthquake Engineering Research,简称NCEER)方法、《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)方法(岩规法)、《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ 83-2011)方法(软土规程法)和《建筑工程抗震性态设计通则》(CES 160:2004)方法(通则法)等4种方法进行对比检验,提出了4种主要方法的评价结果。结果表明:NCEER法液化判别临界线在低烈度区存在不合理的回弯现象,在高烈度区存在临界值增大过快的问题,在Ⅶ度区深层偏于危险,在Ⅸ度区深层明显偏于保守,在Ⅶ、Ⅸ度区浅层和Ⅷ度区判别结果较好;岩规法液化判别临界线存在很大的问题,液化判别临界线随深度递减,液化判别时在Ⅶ度区浅层偏于危险,在深层明显偏于危险,在Ⅷ、Ⅸ度区浅层偏于保守,在深层偏于危险;软土规程法液化判别临界线在土层深度约6 m处存在不合理的回弯现象,在Ⅶ度区浅层判别较好,在Ⅸ度区浅层偏于保守,在不同烈度区深层均偏于危险;通则法液化判别临界线是符合目前认知的,在不同烈度区和深度下的判别效果是最好的。研究成果可为相关规范修订和工程应用提供参考与支持。

计及拓扑相似性的含分散式风电配网双层优化重构方法

高比例风电接入背景下,配网优化重构是缓解弃风、失负荷问题的一种有效手段。多对象优化重构作为非凸非线性优化问题,同时含大量离散变量求解难度较大,为此建立了基于拓扑相似性的含高比例分散式风电配网双层交互式优化重构模型。模型设计了支路复介数相似度评价指标,来衡量所有辐射状拓扑的相似度,再将相似网络进行聚类,形成了重构层的树状解空间。重构层以分段/联络开关状态为决策变量优化网络拓扑结构,并传输至调度层;调度层以分散式风电出力、储能运行状态、无功补偿装置功率及需求响应量为决策变量,进行配电网有功无功协同优化调度,以确定各对象最优运行状态并反馈到重构层,两层不断交互迭代得出最终策略。为适应该模型提出了一种剪枝和声搜索算法,其中和声库从树枝切换到枝内的过程,提高了重构层网络重构的求解效率。采用IEEE 33节点系统仿真测试,验证了所提方法在提升系统电压安全性、降低系统运行成本方面的优越性。

7°尖锥高超声速边界层脉动压力实验研究

针对半锥角7°尖锥模型,在常规高超声速风洞中开展了边界层脉动压力测量实验,进行了线性稳定性分析,研究了单位雷诺数和马赫数对尖锥边界层转捩位置和边界层稳定性的影响规律。模型长度800 mm,头部半径0.05 mm,实验单位雷诺数0.49×10^(7)~2.45×10^(7) m^(-1),马赫数5~8,迎角0°。通过红外热图技术和高频脉动压力测量技术获得了模型表面边界层转捩位置和边界层内扰动波能谱分布,利用线性稳定性理论分析了最不稳定波频率和增长率。实验结果表明:在转捩区间可以测量到明显具有不稳定波频谱特征的脉动压力信号,其频率与稳定性理论分析的二模态不稳定波接近,幅值变化趋势也与之类似;随着雷诺数增大,不稳定波出现位置提前,频率增大,转捩位置提前;边界层中不稳定波包含第一和第二模态,马赫数5时,转捩由第一模态主导,马赫数高于6时,由第二模态主导。

陆地风电空心锥形基础地震响应特性分析

空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。为了丰富陆地风电基础抗震性能研究并将空心锥形基础推广至实际工程中,数值模拟研究了砂土地基中质量相等的空心锥形基础和圆形基础的地震响应特性,讨论了基础尺寸、上部荷载、地震动峰值加速度和地下水埋深等因素对基础加速度和位移响应的影响。研究表明:地震作用下空心锥形基础和圆形基础顶板中心处的加速度峰值差距较小,约为5%;锥形基础的沉降量始终低于圆形基础,降幅在4%~31.8%;空心锥形基础前侧的土体变形范围大于圆形基础,而土体隆起量最大值小于圆形基础,最大减少66%,地震作用下空心锥形基础调动了更多土体抵抗荷载,具有更高的承载力。增加锥形基础的径高比(基础顶面直径与高度之比)能够有效减少基础沉降和前侧土体变形。基础上部荷载与输入地震峰值加速度增大,基础沉降量显著增大,基础前侧土体的变形范围和隆起量也随之增大。基础顶板中心处的加速度放大系数随上部荷载与地震动峰值加速度的增大而减小,随地下水位埋深增加而增大。

双发进气道风洞试验系统的设计与应用

为全面满足进气道试验不同工况性能匹配和相互干扰试验的需求,同时解决流量控制能力不足和流场畸变较大时流量测量误差大等问题,在FL-12风洞研制了一套双发进气道试验系统。采用光滑外形的整流罩和由蜂窝器、阻尼网组成的整流装置,以提高流量计的流场品质和测量精度;采用单台大流量柱形分布式引射器,以满足双发进气道流量需求;采用基于RTEX网络协议的控制系统,以实现节流锥位置的闭环控制和精确定位。通过校准试验和风洞试验验证了流量计的性能和参数,测试了试验系统的综合能力。试验结果表明:流量计的流场均匀性相对于进气道有明显提升,在常用节流锥行程范围内,其综合测量精度可达到0.1%,同时能准确模拟进气道需要的吸入流量。因此,该系统能全面满足双发进气道风洞试验的需求,为飞行器进气道的设计和优化提供重要支撑。

基于静力触探的黏土中桩基p-y曲线研究

将华能灌云海上风电场试桩试验实测数据与4种基于CPT测试的黏土p-y曲线方法的理论计算结果进行对比。对比显示:传统的p-y曲线因其原始试验的局限性会显著低估桩侧土体的极限土反力,使桩基设计偏于保守;而双曲线型的p-y曲线虽然高估桩侧土反力,但是对桩侧土体初始刚度预测较准。根据以上对比分析结果,采用Matlab回归函数进行模型集成,将传统型p-y曲线模型与双曲线型p-y曲线模型结合,提出一种基于CPT测试的适用于黏土的复合p-y曲线模型。最后通过与已有工程实例实测数据进行对比,验证了新提出方法的可靠性。该方法可为黏土中水平受荷桩基计算提供新途径。

桅杆长径比对有限长锥台形捕能柱涡激横向摆动特性的影响

无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统,在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上,推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数计算式,探讨了桅杆长径比对有限长锥台型捕能柱涡激摆动特性及捕能效率的影响。所得结果表明,桅杆结构的引入能有效地提升有限长捕能柱的涡激横向摆幅峰值及捕能效率,且其均随桅杆长径比的增大呈现先增大后减小的趋势。与无限长捕能柱结构相比,在桅杆长径比为6.67时有限长捕能柱的能量收集效率提升了44.8%;增大桅杆的长径比会使锁频区间增宽,但捕能系统的固有频率会减小;对于给定的捕能系统存在一个与其相匹配的最佳桅杆长径比。所得结论对于无叶片风力机的设计与实际工程应用具有重要的指导作用。

约束阻尼控制锥筒塔架的阻尼特性分析与试验研究

海上风力发电塔会受到风荷载、波浪荷载等多种复杂动力荷载的作用,有必要对其进行振动控制.大径厚比的锥筒塔架结构是海上风力发电塔的重要支撑结构形式.本文提出约束阻尼控制风电塔筒的方案,并研究了约束阻尼对典型锥筒结构低阶模态阻尼特性影响.首先,建立锥筒结构的有限元模型,利用模态应变能法计算复合结构的模态损耗因子,并讨论了布置位置对模态损耗因子的影响.进一步地,通过锥筒结构模型的锤击模态试验测量得到结构模态频率与阻尼比,结果表明,利用约束阻尼可有效提高锥筒支撑结构的模态阻尼.

基于孔压静力触探的杭州湾海域软黏土强度解译参数研究

我国海域广泛分布有低强度软黏土,其工程特性评价将直接影响风机基础设计和安全运行。孔压静力触探是目前海洋勘察中使用最多的原位测试手段,其优点在于对土体扰动小,缺点在于需要通过解译获取土体参数,而不同地区的解译参数往往存在场地特异性。依托浙江杭州湾嘉兴海域某海上风电工程,开展了室内试验和原位孔压静力触探试验(piezoncone penetration test,简称CPTU),标定得到了适合我国浙江杭州湾海域的淤泥质粉质黏土的CPTU锥尖因子N_(kt)范围为14.15~30.18,总平均值为20.25。标定结果显示杭州湾海域淤泥质粉质黏土锥尖因子N_(kt)与孔压比B_(q)呈现负相关性,而与含水率w、孔隙比e、液限w_(L)、塑限w_(p)、塑性指数I_(p)呈现正相关性,并得到了N_(kt)与孔压比B_(q)和塑性指数I_(p)的多元回归分析公式。将建立的N_(kt)关系式应用于临近平湖海域的风电场工程中,结果显示采用含水率w、孔隙比e与锥尖因子N_(kt)的关系式以及孔压比B_(q)和塑性指数I_(p)的多元回归分析公式,可以较好地解译杭州湾海域软黏土的强度,不仅适用于淤泥质粉质黏土地层,还可以应用于淤泥质黏土和粉质黏土地层,具有较好的场地适用性。

国内外复合材料工艺设备发展述评之十三——布带缠绕

本文分析了复合材料布带缠绕生产所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

计及风电相关性的主动配电网有功无功协调鲁棒优化调度策略

随着风电渗透率的不断提高,如何在提高主动配电网运行稳定性的同时减少运行成本,成为亟待解决的问题。考虑储能、燃气轮机以及变压器分接头、电容器组投切等主动管理措施,建立以降低配电网运行成本和缩小电压偏差为目标的主动配电网有功无功协调鲁棒优化调度模型。针对风电机组出力相关性,利用最小体积封闭椭球(minimum volume enclosing ellipsoid,MVEE)算法将风电出力场景转化为椭圆不确定集合约束,改善了传统区间不确定集合过于保守的缺点。利用锥对偶理论,将构建的鲁棒模型转化为上下两层混合整数二阶锥规划问题,采用列约束生成算法进行求解。在改进的IEEE 33节点配电网算例中进行仿真分析,研究了风电出力相关性对配电网优化调度的影响,验证了所提方法的经济性和鲁棒性。

民用飞机拖锥部件测压特性高速风洞试验研究

民用飞机试飞中拖锥部件一般拖出于机体后部一定距离来测量大气的静压,得到的数据用以对飞机的静压系统(总静压管、静压源)测得的静压数据进行校准。了解拖锥的测压特性对提高静压校准,乃至空速校准都有着重要的意义。目前对拖锥系统的校准方法主要为塔校,该方法覆盖的飞行马赫数一般在0.4以下。为了得到拖锥高马赫数下的测压特性,创新性地在跨声速风洞中对其进行了研究。研究使用了真机使用的拖锥作为主要试验件,全面分析并设计了专门的试验方案,利用跨声速风洞试验技术,在0.3至0.82马赫数范围内对拖锥管路进行了固定角度以及全自由拖锥风洞试验,得到了有规律的压力测量数据。研究内容补足了拖锥校准的马赫数覆盖范围,完善了拖锥校准体系。

提升敏感负荷节点电压复原能力的分布式风机优化配置方案

随着工业自动化的精密程度越来越高,大量敏感型负荷(sensitive load,SL)接入配电网。本文针对敏感程度不同的SL,构建了分布式风机(distributed wind turbines,DWTs)的优化配置方案,在发生电压暂降时提升SL节点的电压复原能力。首先,采用了加权电压复原能力(weighted voltage recovery capability,WVRC)指标来量化表征SL节点的电压复原能力的高低;其次,采用STATCOM技术提供快速无功补偿,支撑SL节点电压复原过程中所需要的无功功率;然后,基于不同的WVRC指标值,在社会总成本最小的目标下,得到不同的DWTs优化配置方案,以满足敏感程度不同的SL节点对电压复原能力的需求。采用二阶锥松弛(second-order cone relaxation,SOCR)方法,将原始数学模型中的非凸可行域,转化为凸二阶锥可行域,进而获得原始数学模型的最优解。最后,选用扩展的IEEE 33节点配电网系统进行仿真,验证了不同WVRC值对DWTs的配置方案的影响。

密切曲内锥乘波前体进气道低马赫数性能试验研究

基于密切曲内锥乘波前体进气道的一体化设计方法,生成了内外流匹配的一体化三维乘波前体进气道理论构型。在几何约束条件下,完成了实用化构型设计,其总收缩比4.6,内收缩比2.0。开展了来流马赫数3.0,3.5,4.0条件下的风洞试验研究。试验研究结果表明,一体化前体进气道可以在来流马赫数3.5及以上自起动;在马赫3.5和4.0,攻角0°时,其流量捕获系数分别为0.65和0.73,最大抗反压性能分别为26倍和38倍的来流压力。本文的试验研究结果,证实了设计的一体化密切内锥乘波前体进气道能够在吸气式高超声速飞行器的低马赫数端正常工作,并具备较高的流量捕获系数。

小型水平轴风力机导流罩结冰的风洞试验

利用风洞试验对小型水平轴风力机的导流罩结冰现象进行了测试和分析。试验在冬季进行,在风洞吹出口附近安装了水滴流量可控的喷水装置来模拟结冰环境。试验中的水滴流量分别为0.5,1 L/min,风速为4～12 m/s,间隔1 m/s。在相同水滴流量情况下,随着风速的增加,导流罩的结冰率呈增大的趋势;在同一风速条件下,大水滴流量下导流罩的结冰率比小水滴流量的大,而且这种趋势在低风速时较为明显。

槽筒材质和表面状态对纱线毛羽的影响

纱线毛羽形成于细纱工序,增长于络筒工序,为控制纱线毛羽的增长,研究了1332M型络筒机的槽筒材质和表面状态对纱线毛羽的影响。测试了CJ 27.8 tex纱的1 mm^9 mm管纱毛羽与筒纱毛羽,并对四种不同材质和表面状态的槽筒产生的毛羽数量进行了统计对比。通过对3 mm筒纱毛羽数量与3 mm管纱毛羽数量的比值(倍增系数)进行比较,认为:经过络筒工序后,纱线的毛羽数量增加3倍~5倍,钢质槽筒增加的毛羽数量最少,胶木槽筒增加的毛羽数量最多。

控制络纱毛羽措施的研究

探索减少络纱毛羽的有效措施。通过采取优选络纱速度和退绕张力,合理控制筒纱卷绕硬度,加装气圈控制环,增大细纱卷绕动程,加强设备基础维修,减少筒纱回倒次数等措施进行控制,可以有效降低络筒毛羽的增长,达到提高纱线质量的目的。

一种用于传声器自噪声抑制的风锥结构设计

设计了一种用于定向高风速下传声器自噪声抑制的多节复合风锥结构,该结构由鼻锥、湍流屏蔽筒、尾部导流帽三部分组成。利用Fluent软件进行了模拟仿真,仿真结果表明该风锥结构在高风速定向风下能够有效地减小传声器结构与气流相互作用产生的湍流,从而减小传声器自噪声。

鼻锥声学特性试验研究

该文内容涉及在气流当中进行声学测量存在的传感器自噪声问题。在速度为10m/s以下的气流中测量噪声,通常用泡沫球形风罩可有效降低气流流过传声器时产生的噪声(称为传感器自噪声)。在速度为10m/s以上时,为降低自噪声,传声器必须装上特殊形式的鼻锥。但风速达到某个数值以后,传声器自噪声仍会太大以至于无法进行声学测量。所以,在高速气流中进行声学测量时,传感器自噪声成为测量的制约因素。根据自噪声主要取决于鼻锥的边界层与透声孔干扰的论断,笔者用风洞实验的方法研究了三种形式鼻锥的声学特性,试图寻找降低自噪声水平和提高实验风速的方法。研究表明,在透声孔上覆盖纱网可以降低传感器自噪声。在本文的实验条件下,加纱网可以降低自噪声约5dB或在保持自噪声水平相同的条件下提高实验风速约10m/s。