电站空冷岛轴流风机模型研究

【目的】轴流风机作为直接空冷系统的主要设备,其气动性能对于直接空冷系统的流动换热性能具有重要影响。由于空冷岛的流动换热问题在空间几何上跨越了多个尺度,采用实验方法进行研究较为困难,通常利用数值模拟的手段进行研究。因此,对于现在大多数模拟工作中采用的简化风机集总参数模型(简化模型)的准确性进行讨论分析十分必要。【方法】采用数值模拟的方法,分别建立了包含风机叶片的实体风机模型(实体模型)和简化模型。分别研究了不同温度、风速、风向角条件下采用实体风机和风机模型对于电站冷端系统输运性能的影响规律,通过对比分析获得了各个工况下的空气侧压力场和流场的分布规律,并对采用不同风机模型的电站冷端系统各个空冷凝汽器单位的轴流风机冷却空气压降和流量进行了统计和对比。【结果】实体模型与简化模型的差异主要体现在低流量区,且风速越大,差异越明显。【结论】研究结果可为提高电站冷端系统数值模拟研究的准确性提供参考。

基于等值风机模型的海上风电送出系统工频过电压分析

海上风电送出系统工频过电压问题影响着风电外送及海缆输电能力。为解决上述问题,本文首先阐述了海上风电送出系统工频过电压产生机理,在PSCAD软件中搭建电网-海缆-海上风电场的送出系统模型,基于设备分群及等值算法进行风机等值模拟。针对容升效应、不对称接地故障、带故障甩负荷等三种产生暂时工频过电压的主要原因,进行仿真计算。计算结果显示,海缆中部发生单相接地甩负荷时产生的工频过电压最严重。通过在仿真计算改变海缆参数,进一步明确了海缆长度、导体层厚度、绝缘层厚度对工频过电压的影响,提出了关于降低暂时工频过电压的有效方法。

含双馈风机接入的电力系统送端暂态稳定性研究

针对高渗透率风电接入送端系统,基于静止无功补偿器的风机等值阻抗模型,研究双馈风机在接入不同容量比例、不同位置、不同接入方式下对系统送端功角稳定性的影响。推导了单端送电系统同步机电磁功率特性;修正了同步机的功角曲线,利用等面积定则得出系统故障时加速面积和减速面积的变化,以及使用新型等效模型在不同因素下对系统暂态稳定性的影响。最后通过仿真软件验证理论分析的正确性。结果表明,风机等容量替换同步机有利于系统暂态稳定,风电直接接入不利于系统暂态稳定,风机接入位置越靠近系统侧越稳定。新型等效模型增强了系统暂态稳定性。

双馈风机并网仿真模型的改进研究

由于仿真计算得到的双馈风机输出特性与实测数据误差较大,提出利用风场实测数据改进现有双馈风机模型的方法,通过数据拟合对实测数据进行处理,得到风机端口输出特性的数学模型,再根据此模型改进双馈风机控制模型,仿真算例表明,改进模型能有效地反映实际运行中双馈风机输出特性,提高双馈型风电系统并网仿真的准确性。

风机模型对直接空冷单元数值研究的影响分析

对模块化直接空冷单元的研究是空冷凝汽器研究的一项基础性工作。建立某直接空冷单元流动和传热的数值模型,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,研究简单风机模型与详细风机模型对直接空冷单元数值模拟结果的影响。结果表明:详细风机模型可反映空冷单元管束内外部空气速度场和温度场的实际情况。因此,对空冷单元及空冷岛进行模拟和分析时,应采用详细的风机模型。

基于风机模型不确定性的鲁棒控制

通过对变风量空调系统中的定静压控制、变静压控制和总风量控制方法的分析,结合空调末端的特点,选择定静压控制方法控制风管静压。由于设备老化、非线性和外部因素,风机模型具有不确定性,对静压的稳定控制造成不利影响。对静压控制采用基于线性矩阵不等式的PID控制和预测控制算法,并与普通PID控制作比较。仿真表明,采用这2种算法的定静压控制稳定性好,具有较强的鲁棒性。

新模型系列风机的快速优化设计

介绍了新模型系列风机的快速优化设计计算方法,为简化设计计算及方便实践应用,采用了电子表格(Excel)进行风机机号、性能参数流量压力的取值来确定匹配关系:与风机转子组主轴强度、临界转速、轴承寿命的匹配关系;与风机叶轮轴盘尺寸的匹配关系;与电机功率安全系数、电机极数匹配关系的应用计算。并以CF51新模型系列风机采用电子表格设计计算方法为例,进行详细说明。

基于5MW风机模型的变初值模糊PI变桨控制技术研究

针对传统PID变桨控制器参数自调整性能较差,适应性不强的问题,文章提出了风电机组变初值模糊PI变桨控制算法。通过模糊控制算法实现了PI参数的自动调节,根据风速大小设计了合理的变初值调整算法,实现了模糊控制器初值的在线调节。基于FAST风机软件中5 MW陆上风电机组非线性模型,分析了风电机组在额定风速以上运行时变桨系统的动态特性,从算法结构出发,设计了合适的模糊规则和量化、比例因子以及变初值调整算法,在Matlab/Simulink中搭建了变初值模糊PI变桨控制策略。通过仿真验证了控制策略在抑制转速波动和风机叶片、塔基受力力矩波动方面具有较好的效果。

高速磁悬浮鼓风机系统模型改进与实验

针对传统Greitzer风机模型对本研究对象不适用的问题,提出了一种以电机转速作为控制量,以管道出口压力作为控制对象的风机管道改进模型。相比于原Greitzer模型,改进模型考虑了实际应用中的弯形管道,计算弯管处局部压力损失,并且考虑了原模型中忽略的管道沿程压力损失,在计算管道出口压力时更加准确。通过实验与模型理论计算数据对比,对模型的有效性和准确性进行了验证。经数据分析,管道出口压力在中、高压输出阶段,相对误差分别在±3%和±1%以内。将改进模型和不考虑管道压力损失模型计算结果相对比,模型精准度提升了±1%。

适用于独立变桨控制方式的风机气动模型和风模型的研究

建立了一种新的基于叶素理论的适用于独立变桨方式的风机气动模型,并与传统基于风能利用系数经验公式的风机气动模型进行了比较分析。同时基于风剪塔影理论建立了风模型,同新气动模型联合仿真,通过新气动模型的输出仿真结果验证了风剪塔影造成单只叶片的拍击力1P波动,3只叶片合成主轴气动转矩的3P波动。最后通过独立设定桨距角,联合对风模型与新气动模型仿真,验证了新模型对于独立变桨方式的适用性。

PSS/E环境下的第二代风机模型解析与低电压穿越功能优化增强

PSS/E作为广泛应用且功能强大的电力系统专业仿真分析软件,在模型仿真研究中具有巨大优势。但PSS/E的暂态模型在对风电机组的低电压穿越描述中存在缺陷,致使PSS/E环境下的风电建模仿真无法进行有效深入的并网研究,对于电网规划建设及运行控制各个环节,均降低了实际参考指导意义。通过全面解析PSS/E第2代风机模型的构建机理,阐述其在风机低电压工况描述上的优势与不足,并应用PSS/E强大的暂态模型自定义功能对其低穿特性进行功能补充优化。该工作填补了基于PSS/E第2代风机模型进行功能扩展上的研究空白,丰富了PSS/E暂态模型库,赋予该软件平台进行大规模可再生能源并网发电暂态分析的核心功能。结合风机实际电压跌落故障下的输出特性,通过仿真对比验证了该模块的准确性与实用性。

基于PSAT的风机接入电网模型的研究

为了分析不同类型的风机接入电网后,能否与已有电网兼容的问题,在分析了电力系统仿真软件PSAT内置的5阶双馈风力发电机组机模型及其电压、转速和桨角的控制形式的基础上,根据某1.5 MW双馈风机的机械及电气数据,建立了风机接入电网模型及接入电网的典型接线形式,并在潮流计算模块与时域计算功能模块的基础上,编制了仿真程序,最后在阵风与湍流风模型下对风机转速、电压、功率的变化进行了动态仿真。仿真及研究结果表明,运用该方法分析所得结果与实际的风机特性一致,利用PAST内置的风机模型能很好地进行风机接入电网的兼容性分析。

并联双风机数值计算模型对隧道通风效果的影响

隧道通风射流风机的数值计算模型会影响计算结果,当双射流风机并联运行,需要考虑风机间相互影响时更需要研究射流风机模型对通风效果与风机工作状态的影响。本文通过风机测试与隧道通风测试分别验证了动态旋转风机模型与隧道通风射流模型的正确性,并研究了动态旋转风机模型与常用的稳态射流模型对整体隧道通风效果与风机运行工作状态的影响。通过比较了两者之间的差异,得出了动态旋转风机模型可以更好的模拟计算出风机后的瞬态射流流场、更好的计算出风机工作状态点的结论。

漂浮式风机变桨距控制方法设计

海上漂浮式风机在风浪联合作用下做变桨控制,会对漂浮式风机的发电功率造成影响。传统的PID变桨控制效果差,存在发电功率波动较大的问题,为此,文中利用美国可再生能源实验室(NREL)提供的FAST软件,建立波浪载荷作用下的漂浮式风机的动力学方程,采用L-M法(Levenberg-Marquardt)对其中的系数进行辨识,并与FAST输出的高保真模型进行对比,验证所建立模型的准确性。其次,利用FAST提供的联合仿真平台设计一种基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制的方法,实现漂浮式风机变桨距的稳定控制。结果表明:与基于FAST的变桨距控制相比,基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制方法风轮转速的波动较小,输出功率的超调量更小,调节时间较短,更加稳定,而且能够减少漂浮式风机在平动方向和转动方向中横荡的波动,更适合海上漂浮式风机的变桨控制。

计算机辅助风机选型系统

介绍了一种适用于风机的计算机选型系统。该系统用C语言编程，并利用其强大的图形功能开发了友好的人机界面，具有完善的人机对话功能和规范化的图文输出。

双馈型风力发电机无功控制模型参数灵敏度分析

随着风电的不断发展,大规模风电并网后对电网造成的影响也日益明显。双馈风机可以对有功、无功进行解耦控制,具有独立、灵活的无功功率控制能力,因此分析双馈风机在电网发生故障期间的无功响应是研究风电并网后风力发电机对电网电压稳定影响的关键,对双馈风机无功控制部分模型的分析十分重要。为更准确地分析双馈机对电网电压稳定性的影响,对GE双馈型风力发电机模型进行了研究,在PSASP仿真平台上分析了模型中各个参数的灵敏度,提出了仿真的关键参数并解释了这些参数的物理意义。

基于人工智能的矿井主通风机建模研究

矿井主通风机风量、风速等参数与瓦斯浓度及其它工况密切相关,参数复杂,建立其非线性数学模型比较困难,传统的辨识方法无法精确描述模型特性,文章将神经网络和模糊系统应用于矿井主通风机的模型辨识。神经网络辨识采用了一种基于径向基(RBF)的神经网络、模糊辨识采用了一种基于三角形隶属函数的T—S模糊模型。仿真结果表明,这两种方法可以同时满足对辨识精度、收敛速度、稳定性和跟踪能力的要求。

考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理分析

在大容量直流和高占比新能源集中接入的电网背景下,暂态过电压问题极大地制约了直流输电能力和风电并网容量,亟须进一步深入研究考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理及影响因素。文中从理论推导和仿真分析2个方面开展研究,首先推导了交直流故障后换流站和风机侧暂态电压幅值的理论计算公式;然后分析了交直流故障引发暂态过电压的机理及主要影响因素;最后结合仿真分析了风机低电压穿越期间不同有功、无功特性对暂态过电压的影响,通过实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,风机低电压穿越特性将使得风电场成为换流站之外另一个导致暂态过电压的"无功源",低电压穿越期间风机有功出力越小及无功出力越大将导致暂态过电压越严重。

考虑风机故障穿越特性的风电场建模仿真方法研究

随着新能源接入电网规模越来越大,新能源对电网频率、电压等稳定问题的影响已不容忽视,对电网安全运行和新能源消纳带来巨大的挑战。考虑风电机组在故障穿越中的并网特性,建立了可用于电网稳定分析计算的风电机组参数模型,并在此基础上开展了风电场整站详细模型和等值模型搭建,通过比较故障工况下的仿真特性进行了模型评估,总结了一套可行的风电场建模仿真方法,为大电网稳定分析提供了模型参考,有效提升了电网运行水平。

风机广义热力循环探究及其推论

分析探究了风的形成和风机的结构,从热力学角度出发,并结合流体力学的相关知识,建立了广义风机循环热力学模型,并得出了在其他客观情况基本相同的情况下,越靠近温度搞的地方,风机做工能力越强的结论,对建立风机场地的选取具有一定的理论指导意义。