漂浮式海上风力发电机组故障诊断方法

现有的风力发电机组故障诊断方法诊断准确性低,因此文章研究漂浮式海上风力发电机组故障诊断方法。设定漂浮式海上风力发电机组的自由度方向,针对旋转运动程度来控制功率。建立漂浮式海上风力发电机组多角度运动模型,计算水中所产生的浮力,获得水面与浮台之间的刚度矩阵。显示不同模态函数IMF分量的局部特征,计算得到不同有效分量的振动值,获得振动过程中故障区域的数值参量,对故障特征进行提取。运用EMD方法对定子电流信号进行解析,并获得分量数据集进行学习与优化。通过定子电流信号与故障状态下的数据比较分析,对齿轮和滚动轴承中存在的故障进行诊断,确定其是否处于故障状态。实验结果表明,诊断正确率为98%,可以实现精准故障诊断,得到良好的诊断结果。

用循环三轴试验分析海上风力发电机单桩基础侧向位移

为了开发洁净的再生能源,海上风力发电已成为欧洲各国积极研究的重点。一个足以承受长期波浪及风力的基础设施是让风力发电设施在使用年限内正常运转的必要条件。目前欧洲海上风力发电设计案例中,大口径的钢管桩是一种最常被运用的海上风力发电机基础型式。然而,目前工程界普遍使用的p–y曲线分析法并不适用于评估此种大口径单桩受长期侧向力的行为。特别针对砂性土壤,提出了应用室内三轴循环试验的结果评估单桩在单向循环侧向力下的变形方法。应用室内循环三轴试验所得的塑性应变增加量推求土壤的割线衰减刚度,再导入三维有限元素数值模型的方法,可以得到桩身在循环侧向力下的位移。此种方法非常适用于海上风力发电机单桩基础在均匀及层状土壤中侧向行为的初步工程设计。

漂浮式海上风力发电机组独立变桨距控制技术研究

主要研究了漂浮式海上风力发电机组的独立变桨距控制技术。首先概述了当前海上风电的发展情况,重点介绍漂浮式海上风力发电机组,分析了漂浮式平台的流体动力学和运动学特征,建立了平台的模型方程。借鉴陆上风力发电机组独立变桨距控制器的控制策略,将平台的纵摇、艏摇和发电机的输出功率作为变桨距控制器的控制目标,针对风力发电机的非线性设计了专家PID控制器,利用d-q坐标变换技术将控制量分配到3个桨叶。为了验证控制器的可行性,在国外成熟的风力发电机非线性模型FAST上进行仿真试验,将结果与不对平台运动进行控制时和采用统一变桨距控制器时的结果进行对比,对比结果表明独立变桨距技术能有效减小平台的纵摇运动,并且对输出功率的影响较小。

海上风力发电机组桩体波浪力计算分析

为快速校核海上风力发电机组单桩在波流联合载荷作用下的结构安全,基于Morison公式和谱分析方法分别推导中等水深下单桩的波浪力解析计算公式,并通过Matlab软件编程计算。结果表明,两种波浪力计算方法简便可行,各具优势,可依据实际海况和不同的设计方式选择应用。

地震动方向对海上风力发电机动力响应的影响

叶轮-塔架耦合及气动阻尼作用使得海上风力发电机前后向、侧向动力特性存在差别。针对NREL 5 MW单桩式海上风力发电机,通过理论分析,探讨海上风力发电机前后向与侧向振型、阻尼特性的差异;然后,针对停机和运行两种工作状态,采用气动-伺服-水动-弹性完全耦合方法,分析输入地震动方向影响海上风力发电机结构动力响应的规律,探讨最不利方向;最后,还分析了平均风速对最不利输入地震动方向的影响。结果表明:输入地震动方向可能显著影响海上风力发电机支撑结构泥面弯矩和塔顶位移幅值;对于运行状态,强震作用下,侧向为最不利输入地震动方向,弱震作用下,前后向为最不利输入地震动方向。

船舶碰撞位置对单桩柱式海上风力机结构抗撞性能的影响研究

随着潮汐涨落、船舶型深及吃水深浅的变化,必然导致船舶与海上风力机碰撞位置的变化。为研究碰撞位置对海上风力机结构抗撞性能的影响,建立基于国内某单桩柱式3 MW风力机整机模型,采用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,模拟5 000 t级船舶以不同速度撞击海上风力机不同位置的动力响应过程,通过支撑结构的应力及撞深、塔顶响应分析风力机结构的抗撞性能。结果表明:随着碰撞位置越高,接触时间越长,最大接触力也越大;碰撞点较低的支撑结构变形能和撞击深度大于碰撞点较高的位置;船舶速度为1 m/s时,碰撞位置越高塔顶风力机位移和加速度响应越大,当速度为4 m/s时,塔顶风力机响应幅值随着碰撞位置的上升而减小。

泥沙对海上风力机单桩式塔架的作用分析

研究单桩式圆锥形塔架在随机风载荷、波浪载荷及泥沙的非线性约束作用下的动力响应与动力特性的数值模拟方法;探讨泥沙对单桩塔架的动力响应与特性的影响。应用分布的非线性弹簧模拟桩土相互作用,分析作用于单桩塔架上的泥沙载荷;运用线性波理论模拟不规则波浪,通过有限元方法建立塔架结构动力方程,由Morison方程计算波浪载荷。以某兆瓦级海上风力机塔架为例,研究泥沙与塔架相互作用下的土弹簧刚度沿泥沙深度的变化,考察不同参数泥沙对塔架模态和动力响应的影响。算例分析表明,泥沙变形的非线性特性对风力机的作用不可忽略,改变泥沙参数会引起塔架的动力特性和响应的变化。研究对于近海风力机流固耦合及整机动力特性的分析具有重要参考价值。

海上漂浮式风力发电机关键技术研究

漂浮式风力发电机组是未来海上风电的发展趋势,已成为风电行业的研究热点。通过介绍漂浮式风机的技术特点,分析了漂浮特性对机组关键部件发电机的影响,论述了发电机在设计制造过程中的关键技术难点,并重点阐述了轴系结构设计的要点及其解决方案,对发电机的设计开发具有一定的指导意义。

单桩式海上风力机整体化地震反应

为了探讨风-波浪-地震共同作用下单桩式海上风机(OWTs)的动力行为,以National Renewable Energy Laboratory(NREL)5 MW风力发电机为研究对象,将风、地震作为独立事件,根据风-波浪统计关系确定波浪谱参数.改进FAST软件以模拟土-结相互作用,考虑停机、运行和应急停机3种工况,采用气动-伺服-水动-弹性耦合方法分析海上风机地震响应.算例表明,工作状态显著影响海上风机支撑结构的运动和内力,规律与地震强弱有关;地震动显著影响叶片挥舞振动速度;在风-波浪-地震的共同作用下,海上风机支撑结构危险截面剪力和弯矩峰值超过极端风-波浪作用效应.

海上风力发电机组集中润滑系统的研究

以齿轮箱集中润滑系统和变浆轴承集中润滑系统为例对海上风力发电机组集中润滑系统进行设计分析,并对选型计算以及润滑油脂选择进行了研究说明。海上风力发电机组采用集中润滑方式,实现了自动化、集中化、远程报警和控制,为风机长期稳定运转提供有力保证。

全分瓣式永磁风力发电机不同绕组形式分瓣方法分析

针对全分瓣式永磁直驱风力发电机不同绕组形式分瓣方法展开分析,分别阐述了单层链式绕组、齿绕式绕组、空槽绕组及不等跨距绕组的分瓣原则。以一款4.5 MW永磁直驱风力发电机为例,分别利用以上分瓣方法对发电机进行设计与仿真分析,在保证其力能指标满足要求的条件下,着重对气隙磁场谐波与反电势谐波展开分析,对比不同绕组分瓣方式差异性,为全分瓣发电机的设计提供参考与依据。

海上风力机桩柱式结构动力响应分析

采用有限元方法,分析了桩柱式结构模态,得到结构振型变化,且研究了桩柱式平台结构的波浪力载荷作用机理,得到平台结构在时域中桩柱结构所受波浪力变化情况.同时分析了不同桩柱形式结构纵荡、横荡和垂荡以及横摇、纵摇和首摇方向波浪力变化.结果表明:多桩柱平台结构频率变化范围集中、振型变化较小;横荡方向波浪作用力小,纵摇方向波浪作用力大.

我国漂浮式风力发电机研究取得进展

近年来，随着海上风电利用不断向深海地区发展，漂浮式风力发电机逐渐受到广泛关注。为获得漂浮式风力发电机的动态响应特性和气动特性，中国科学院工程热物理研究所的研究人员对多种典型的漂浮式风力发电机在一系列风力和波浪条件下的动态响应进行了计算，分析并总结了漂浮式风力发电机的运动规律和叶片攻角的变化规律。

海上自升式稳桩平台桩基竖向承载特性理论分析

采用《海洋井场调查规范》法、《建筑桩基技术规范》法、《美国石油协会规范》法和Hansen公式法,对江苏省启东海域某自升式稳桩平台的桩基进行了竖向承载特性分析,研究了不同理论方法所得桩基竖向承载力的差异,以及桩径和土体参数对桩基竖向承载力的影响规律。由理论分析可知,Hansen公式法计算得到的桩基竖向承载力最为保守,《海洋井场调查规范》法最不保守;基于Hansen公式法,桩径为1.6、1.8、2.0、2.2 m的平台桩基安全贯入深度分别为15.5、14.0、13.0、12.0 m;基于Hansen公式法,土体内摩擦角对桩基竖向承载力的影响程度最大。

台风过境下大型单桩式海上风机结构动力特性研究

风机大型化是我国海上风电技术发展的重要方向.东南沿海是我国海上风电发展的重要基地,这一区域频繁发生的台风对海上风机的影响不可忽略.台风风场与常规大风风场有不同的湍流特性,同时台风期间较高的风速会引起巨大的台风浪.本文考虑台风经过期间独特的风场及波浪场,开展风浪联合作用对大型单桩海上风机影响的研究.基于DTU 10 MW大型单桩风机,运用一体化分析软件SIMA建立风浪联合作用下大型单桩风机的耦合数值模型,研究台风经过不同阶段大型风力机的动力响应特性.计算结果显示,叶片变桨能有效降低台风经过时风机叶片所受风载荷,变桨状态下单桩风机所受风载荷主要来源于塔筒.在台风经过的不同阶段,大型单桩海上风机结构表现出不同的动力特性.台风全过程塔筒运动均受波浪激发一阶频率控制,塔基上方结构动力载荷以惯性载荷为主,FOVS至FEWS阶段及BOVS阶段至BEWS阶段塔筒运动一阶频率处响应能量增长较小,响应能量向低频及波频转移.塔基下方泥面线处剪力响应受波频控制,弯矩响应受一阶频率控制.

移动式稳桩平台在海上风电单桩基础沉桩中的应用

单桩基础结构是目前国际、国内主流的海上风电基础结构型式。以往通常使用的是独立式稳桩平台和自升式支腿船稳桩平台,独立式平台施工功效低、费用高,而自升式支腿船国内资源较少,同时平台船插拔腿工效低。通过不断改良,探索了一种移动式稳桩平台装备和工艺,在外海无掩护水域条件下其辅助沉桩的施工效率和经济性有着明显的优势。

海上风电自升式辅助稳桩平台大直径单桩基础施工技术

为解决传统钢桁架稳桩平台自重大、运输成本高、工期长等问题,经反复研究提出了一种自升式辅助稳桩平台大直径单桩基础施工技术。对自升式辅助稳桩平台大直径单桩基础施工工艺流程,辅助稳桩平台的驻位、施工船舶驻位、运桩船靠泊、钢管桩起吊翻身、钢管桩吊装入龙口、自沉及压锤、内平台安装等7项关键施工技术也做了充分的研究,研究成果有效地解决了传统钢桁架稳桩平台存在的诸多问题。

单桩式基础海上风电塔强振分析

对某座风电场的70座单桩式海上风电塔基础振动及其中7座的塔筒进行了1年的振动监测,统计了其在台风、偏航冲击等作用力下的强振特性。监测数据分析发现:机舱对风向偏航时会引起塔筒强烈振动,且此类型强振现象持续时间达几十秒,有时塔筒顶部的振动加速度达到14m/s^2、基础振动加速度达到3.5m/s^2;在台风作用下,塔筒的振动加速度值达到12.5m/s^2、基础振动加速度值达到4.5m/s^2;通过分析风电塔1年运营期间的塔筒固有频率值,发现前3阶固有频率值、阻尼比未发现变化。监测结果表明:单桩式风电塔在台风、机舱偏航时都会产生强烈振动。机舱偏航引起风电塔的强振现象过于频繁发生,可能会引起风电塔出现振动疲劳,应引起重视。研究成果可为此类型风电塔设计、运营安全监测及损伤诊断提供参考。

全球首个商业级海上漂浮式风力发电场组建完工

全球首个商业级海上漂浮式风力发电场Hywind苏格兰发电场项目已经组建完工,不日将运抵并部署于苏格兰阿伯丁郡海岸。该发电场共包含5台单台6兆瓦的风力发电机组,总装机容量30兆瓦。发电场占海域面积4平方公里,区域内海面平均风速每秒10米。目前漂浮式架构已在挪威配装完毕,

坐底式稳粧平台在海上风电超大直径单桩沉桩施工中的应用

本文介绍了南海海域阳江某海上风电场超大直径单桩沉桩施工采用的坐底式稳粧平台施工技术。采用Abaqus有限元软件建模进行计算,现场实际应用中有效地控制了单桩垂直度,减少了施工工序,提高了沉桩功效,降低了施工成本。