含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法

为建立准确的具有主动支撑能力的直驱风电场等值模型,提出一种含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法。首先,建立包含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风机并网系统模型;其次,依据适应性分析选取转速、减载系数、惯性系数和阻尼系数作为分群指标;然后,基于分群指标利用改进K-means算法对直驱风电场中的机组进行聚类分群,得到直驱风电场的等值模型;最后,利用实际算例在不同场景下进行仿真和计算,对等值建模方法的准确性进行验证。

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。

风向角和倾角对光伏阵列风荷载的影响

该文通过数值模拟方法,系统研究单竖排光伏阵列的风荷载特性以及风向角和倾角的影响。结果表明:光伏阵列在横风作用下,迎风侧光伏组件的风荷载系数最大;光伏组件阻力系数、升力系数以及扭矩系数均随倾角的增大而增大,且在倾角小于20°时变化速率较大,大于20°之后体型系数趋于平缓;光伏阵列中,组件风荷载系数的遮挡效应十分明显,迎风侧光伏组件降低了背风侧组件的来流风速,使得位于下游区域的光伏组件所受风荷载显著减小,且倾角越大遮挡效应越明显。

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。

软黏土中吸力式三桶基础承载特性分析

采用弹塑性边界面本构模型,建立模拟黏土中三桶基础承载行为的三维数值方法,并通过对已有模型试验结果的预测验证数值方法的可行性。研究桶-土接触方式和加载方向对三桶基础承载行为的影响规律,探索三桶基础的水平循环承载特性。结果表明,竖向单调荷载作用下三桶基础表现为“刺入型”剪切破坏特征,基础竖向受压失效位移约为0.07D(D为桶基础的直径);在摩擦接触条件下,0°水平加载(单桶受拉,双桶受压)极限承载力最小;在绑定接触条件下,60°水平加载(双桶受拉,单桶受压)极限承载力最小;循环荷载作用下迎风桶与背风桶之间逐渐增加的沉降差是三桶基础产生累积旋转的主要原因,且基础的旋转特性与水平循环荷载大小密切相关。

考虑主轴疲劳载荷的虚拟同步双馈风电场有功功率分布式优化方法

为降低风电场内各台基于虚拟同步发电机控制策略的双馈风电机组在响应电网功率指令值变化时所承受的主轴疲劳载荷,提出一种基于改进惩罚系数的交替方向乘子法的考虑主轴疲劳载荷的有功功率分布式优化方法。在推导可量化表征机组有功功率指令值与其主轴力矩之间关系的离散化模型基础上,以各台机组的主轴力矩波动总和最小作为目标函数,并根据机组运行状态设定目标函数的约束条件。为分担风电场中央控制器的计算压力,基于改进惩罚系数的交替方向乘子法将目标函数拆解为主函数(中央控制器)和多个子函数(本地控制器)的分布式优化结构,各本地控制器通过在线优化各台机组有功功率指令值以实现主轴疲劳载荷的降低。最后,仿真结果验证了所提优化方法的优越性。

循环荷载下四筒导管架基础抗弯承载特性试验研究

海上风电基础在25 a服役期内会面临千万次的周期性荷载,为了研究循环荷载对四筒导管架基础抗弯极限承载力的影响,在砂土地基中开展了物理模型试验,介绍了四筒吸力式导管架筒型基础,并对砂土地基进行制备测试,系统分析了循环荷载幅值比、3种不同的变幅加载方式对循环后单向极限承载力的影响,并对循环累积转角进行分析。同时将抗弯承载力与上述变量变化的关系进行了函数拟合。结果表明:循环荷载幅值比和抗弯承载力近似呈正比增长,筒周塑性变形区域的增大会导致循环累积转角呈现非线性增加。无论是增序还是减序方式的加载变幅值循环加载试验,对于超过8万次的长期循环作用来说,海上风力机的抗弯极限承载力的变化并不明显。

大风天气下装配式阳台吊装稳定性研究

随着装配式建筑兴起,预制装配式阳台作为装配式建筑中重要的组成部分,其吊装过程的安全性能受到广泛关注。针对常年处于大风天气下的张家口坝上地区,通过研究风荷载对PC封闭式阳台提升时的影响,进行了9种不同风攻角、7种不同风向角下PC封闭式阳台模型的风压对比;将0°、30°、60°风向角下的风压与-6°、3°、12°风攻角下的风压转换为均布面荷载,使用有限元软件对比分析了迎风面受风向角度的改变对PC封闭式阳台2种吊装方式下提升时的稳定性;考虑平均风与脉动风的影响,将阳台在不同受风状态下的稳定性进行对比分析,得出脉动风与风向角度均对PC封闭式阳台提升时的稳定性具有不可忽视的影响,建议阳台提升时优先采用桁架式吊装方式,并应考虑施工现场实时的风速与风向。

粤东海域粉质土的循环加载特性研究

风-浪-流等海洋环境因素以及风机运行引发的振动都会导致海上风机基础长期处于循环荷载的作用下,因此,掌握地基土在循环加载条件下的力学特性对海上风电基础设计至关重要。我国南海海洋地质条件复杂,粉质土分布广泛,当前针对南海浅表地层粉质土循环加载力学特性尚缺乏系统性研究,是该区域开展海上风电基础设计的重要挑战之一。本文依托粤东某海上风电工程,针对该风场的若干代表性粉质土层开展了系统性试验研究。基于系统性单调及循环加载单剪(DSS)试验结果,研究获得了代表性粉质土层归一化剪切强度、应变及孔隙水压力的等值线云图。该套循环加载等值线云图不仅有力支撑了依托项目风机基础的工程设计,也可为该海域其他海上风电项目基础设计提供重要参考。

多回路输电线路转角塔荷载计算探讨

目前多回路输电线路转角塔不同层导地线风压荷载的计算高度均按各层实际高度取值,但对不同层导地线张力荷载计算时,却统一取下层导线平均高,这种计算方法对于多回路塔头尺寸较大杆塔计算偏差较大。本文基于架空输电线路荷载规范,提出了转角塔导地线风压和张力荷载按照各层导地线实际高度、风与导地线的实际角度进行计算的理论方法及其参数取值,并进行算例分析。结果表明,按本文计算方法测算500 kV双回路小角度杆塔塔重增加约0.8%,大角度杆塔塔重减少约5.8%,杆塔横担位置的材料规格会普遍增大1~2个规格。本文所提出的思路和方法,可为设计人员计算多回路输电线路转角塔荷载时提供参考。

14极12槽定子模块化永磁电机的性能分析

永磁电机的定子模块化结构有利于大型电机的制造、运输、组装和维护,对于可模块化且极数多于槽数的电机,定子模块化结构还能提高电机的部分性能。利用有限元软件分析了定子模块化结构对14极12槽永磁电机性能的影响,结果表明,模块化结构对定子磁密、转矩和损耗等参数有影响,可利用合适的模块间隙宽度来提高电机负载转矩并降低转矩脉动。

36米跨局部开口雨棚风荷载数值模拟研究

随着我国经济与建筑事业的快速发展,高速铁路的需求日益提升。在恶劣天气下,为了使游客能在站台上正常候车,应在站台的上方设置雨棚。为明确36m跨局部开口雨棚风荷载体型系数,文中基于CFD数值模拟方法对雨棚表面体型系数进行研究分析,利用Realizable k-ε湍流模型对雨棚进行数值模拟研究,详细研究了不同风向角对雨棚表面风压分布规律及体型系数分布的影响。计算分析结果表明,由于来流的冲击作用,导致体型系数极值出现在雨棚迎风边缘处。雨棚表面的风压分布会随着风向角的变化而变化,随着风向角的逐渐增大,极值逐渐减小。在不同风向角风的作用下,雨棚两侧往往受到相反的作用力,这可能会导致局部开口雨棚沿站线方向产生扭转,从而影响结构的稳定性,研究结果可为此类结构的抗风设计提供参考依据。

环境影响下的直接空冷系统运行特性研究

环境变化会显著影响直接空冷机组的凝汽器压力,因此,研究直接空冷系统在环境影响下的运行特性,对保证直接空冷机组安全经济运行具有重要意义。通过理论分析,建立了空冷凝汽器温度和压力随汽轮机排汽热负荷、凝汽器迎风面风速以及进口空气温度变化的理论模型。以山西平朔煤矸石发电有限公司50MW机组直接空冷系统为例,通过数值计算,得到了环境气温、环境风速风向以及汽轮机排汽热负荷对凝汽器温度和压力的影响规律。结果表明:在凝汽器热负荷不变的情况下,环境气温越高,空冷凝汽器进口空气温度就越高,凝汽器压力就越高。环境风速越大,空冷器进口空气温度就越高,迎面风速就越小,从而凝汽器内冷凝温度和压力就越高。反之,凝汽器压力就越低。

不同地貌上风速风向逐秒变化的观测

风力在速度与方向上的不稳定性可引发结构的振动并可导致结构损坏。由于气象资料取值周期较长而结构自振周期一般在秒的数量级 ,因此现有描述风不稳定性的数据常不符合结构动力分析的需要。对滨海、高山及城郊等不同地貌测点其风速、风向同时逐秒的变化进行了观测和记录。数据分析显示 ,滨海测点风不稳定性较小 ,高山测点在不同风向下所测风皆有一定程度的不稳定性 ,而城郊测点风不稳定性较大 ,表明自然风在风速、风向方面的不稳定主要与地貌及地形条件有关。

输电线顺线路方向风荷载及分配模式

采用风洞试验,结合有限元分析方法,研究输电线顺线路方向的风荷载和作用模式;研发弧形输电线风荷载的风洞试验测试装置;获得2种典型垂跨比输电线的顺线路方向比例系数;通过2个实例对比输电线顺线路方向风荷载的3种分配模式,给出输电线顺线路方向风荷载和分配模式的建议.研究表明,各国规范中只有中国规范给出了顺线路方向风荷载的规定;垂跨比为4%和8%的输电线顺线向荷载比例系数均低于0.15,中国规范取值(0.25)偏保守;按投影高度和按规范中拉索体型系数的分配结果基本一致;按弧长分配会比按其他2种方法获得更大的竖向位移和水平位移,增大幅度约为12%;顺线路方向的比例系数建议取0.10(常规输电线)或0.12(大跨越输电线);顺线路方向的风荷载建议采用按投影高度进行分配.

基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.

直驱风电系统变流器建模和跌落特性仿真

为增强直驱型变速恒频风电系统的低电压穿越能力,采取了变流器直流侧增加卸荷负载以在故障时消耗掉直流侧多余的能量,使风电机组的正常运行基本不受电压跌落影响的应对措施。通过对发电机侧变流器、电网侧变流器和直流侧卸荷负载工作原理的详细分析,变流器采用背靠背双PWM结构,实现了变流器的整体建模。基于Matlab7.3/simulink6.5构建了变流器的仿真模型,对电网电压跌落时系统的跌落特性进行了变流器模型及其分析正确性的仿真验证,结果表明,采用直流侧卸荷负载可有效提高直驱系统的故障穿越能力,具有较快的动态响应速度。

考虑跨区直流调峰的日前发电计划优化方法及分析

阐述了中国跨区直流输电对促进西北地区新能源消纳的重要性,分析了目前跨区直流外送模式对新能源消纳的不利影响。综合考虑分析直流输电系统的运行特性和跨区电能交易需求,建立了跨区直流计划调整的混合整数线性约束模型,提出了考虑跨区直流互动调峰的新能源与常规能源协调优化的两阶段日前发电计划编制方法。首先,基于安全约束经济调度(SCED)模型分析了受端电网直流接纳能力。然后,基于安全约束机组组合(SCUC)模型,综合考虑直流计划调整约束、系统平衡、机组运行、新能源出力预测和电网安全等约束条件,以节能环保和新能源消纳最大为优化目标,编制送端电网的机组组合、出力计划和直流送出计划。最后,通过某省级电网及其跨区直流计划优化调整的算例验证了所提方法的有效性。

国内外风荷载规范的评估和展望

以随机振动理论为基础 ,对结构顺风向风振 ,推导了准确合理的公式 .在此基础上对我国最新的风荷载规范 (GB5 0 0 0 9— 2 0 0 1)及世界各国主要的风荷载规范 (包括标准 )进行分析和评估 ,研究认为采用沿结构高度不变的风振系数是不合理的 .这种方法意味着由脉动风引起沿高度变化的振型惯性力的规律与平均风引起沿高度变化的静力规律相同 .算例显示了这种方法的误差 .在讨论的基础上 ,对 2 1世纪风荷载规范作出展望 .

三绕组变压器低压侧直供负荷对中压配电网技术经济性的影响

现有高、中压网络规模估算模型通常假设高压变电站主变为双绕组变压器,但220 kV变电站主变多为三绕组变压器,其低压侧直供负荷会影响110 kV变电站的布局和规模,为此建立了计及三绕组变压器低压侧直供负荷影响的高、中压网络规模估算模型。在此基础上,针对城市新建区和城市改造区分别分析了220/110/10(20)kV三绕组变压器低压侧直供负荷对220/110/10、220/110/20、220/20 kV方案技术经济性的影响。分析结果表明,对于城市改造区,不考虑主变低压侧负荷直供情况下得到的发展20 kV技术经济性最优结论,在主变低压侧有直供负荷时可能不再成立。