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。

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。

漂浮式海上风力机三维尾流模型研究

针对漂浮式海上风电机组接地系统所处的深海环境及特殊的系泊系统,综合考虑纵荡运动对入流风速和尾流区域膨胀的影响,基于二维BP工程尾流模型,提出一种三维尾流模型(3Dksg_BP),将该模型用于全尾流区域横向和垂向风速剖面的预测。预测结果与风洞实验数据对比发现,下游1.7D、2.3D、5.0D和10.0D(D为风轮直径)等位置的预测精度均不低于97.6%。基于3Dksg_BP,研究不同频率和振幅下的纵荡运动对尾流造成的影响,结果表明:纵荡运动对尾迹的影响随频率和振幅的增大而增大,且随着下游距离的增加,纵荡运动对尾迹的影响逐渐减小。

半潜式海上漂浮式风力机气-水动全耦合分析

针对传统水动力学求解软件与其他数值分析代码不能充分考虑叶片气动载荷分布、涡尾迹结构以及风波耦合效应。通过STAR-CCM+中具有叠加运动和悬链线系泊求解器的动态流动相互作用模块建立一套气动-水动-系泊完全耦合动力学方法,开发较为可靠的漂浮式风力机数值模型。通过分析平台自由衰减曲线、6自由度响应以及风轮气动性能验证了所提耦合模型的可靠性;三维可视化流场分析表明,漂浮式风力机在波浪载荷作用下产生6自由度运动,叶片表面与涡管产生的脱落涡与塔架、机舱后方尾涡相互作用,加剧流场复杂性。结果可为漂浮式风力机流场优化与设计提供一定理论参考。

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。

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。

漂浮式海上双转子风力机动态响应研究

为研究漂浮式海上双转子风力机的动态响应特性,采用OC3-Hywind Spar漂浮式平台,搭建了漂浮式海上双转子风力机仿真系统。采用自由涡尾迹法(Free Vortex Wake, FVW)和OpenFAST水动力计算模块,建立了漂浮式海上双转子风力机的气动-水动耦合分析模型,并进行了风浪耦合分析与控制仿真。结果表明:主副转子功率波动幅值随风浪夹角变大而逐渐减小;主副转子间流场比陆上双转子风力机更加复杂,多目标变桨控制既可减小功率波动又可缓解副转子的疲劳损伤;风浪夹角在0°和90°的工况下,平台运动响应波动较为明显。

新型漂浮式海上风电基础概念设计和初步动力响应分析

提出适用于南海200 m水域的新型漂浮式风电基础概念设计,并基于NREL 5 MW风力涡轮机对新型基础进行性能分析。采用莫里森方程和势流理论计算水动力载荷,并利用ANSYS/AQWA软件建立风力机结构与水动力数值模型,探究其在频域范围内的水动力性能,计算分析漂浮式风力机在不同波况下的时域动力响应。结果显示,该基础的固有周期能较好地避开常见波浪的周期范围,避免引起共振,水动力性能良好,在南海某海域1年、20年和50年一遇的3种波况下基础的运动响应均满足规范要求,能保证漂浮式风力机在极端海况下的安全性和稳定性。

基于双惯容调谐质量系统的半潜式海上风力机振动控制

与固定式海上风力机相比,漂浮式海上风力机的振动问题更为突出,进一步控制漂浮式海上风力机的振动成为了工程难题.针对此问题,探索了惯容调谐质量阻尼器(惯容-TMD,即IBA)系统对半潜式海上风力机的振动抑制效果,并提出一种基于结构阻抗的惯容-TMD综合优化设计方法,从整个设计空间出发保证惯容-TMD的最优性.为寻求最优的减振效果,基于达朗贝尔原理建立风力机-惯容-TMD动力学模型,采用双IBA的控制策略同时对半潜式海上风力机浮台和塔筒的振动响应进行抑制,并从增益效果角度,比较了双IBA与双TMD的减振性能.最后对OpenFAST软件进行二次开发,数值验证了风浪联合作用下双IBA相对于双TMD减振性能的提升.结果表明:双减振装置的减振性能相较于单个减振装置有明显提升,且双IBA振动控制效果要优于双TMD;此外,基于惯容器质量增益效果,在达到最优TMD相同减振效果的情况下,机舱惯容-TMD(NIBA)和浮台惯容-TMD(PIBA)分别可将结构减振器中质量元件的质量减少23.9%和32.2%,大幅降低装置成本.

海上漂浮式风力机变桨距减载控制研究

海上漂浮式风力机在受到风浪载荷作用,会引起漂浮式海上风机的叶尖位移和平台运动,造成载荷变化,使得风机的稳定性变差。为减小风机受到的载荷影响,基于Coleman坐标变化,提出一种基于模糊PID算法独立变桨距控制策略,利用模糊控制器对PID参数进行在线整定。通过FAST与Matlab/Simulink联合仿真,结果表明:提出的基于模糊PID独立变桨距控制技术有效减小了由漂浮式平台的晃动引起的载荷,提高了平台稳定性;对由叶片摆动引起的载荷有一定的减载作用;同时降低了漂浮式海上风力机塔基载荷,提高了风机的稳定性。

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。

挪威正式启用世界首个海上漂浮式风力发电站

挪威能源巨头——挪威国家石油海德罗公司（StatoilHydro）．世界百个海上漂浮式风力发电站已在挪威海岸附近的北海正式启用。

海上漂浮式风力机研究进展及发展趋势

介绍海上漂浮式风力机概念及其发展,列出了浮式结构的分类以及所面临的挑战,重点论述了目前世界上漂浮式风力机研究现状,给出了目前漂浮式风力机的发展趋势,并对其在我国的适用性做了简要分析。

海上漂浮式风力机支撑结构疲劳寿命研究

根据统计资料,得到IEC规范要求的目标海域各工况的风浪联合概率分布参数;首先对支撑结构进行总体强度分析,得到疲劳热点位于塔架与浮体连接处;然后对风力机整体结构进行耦合动力分析,计算得到疲劳热点在风浪联合作用下的载荷时间历程;最后基于S-N曲线、雨流计数法及Miner线性累积损伤理论计算结构在各工况下的疲劳损伤,估算出支撑结构的疲劳寿命。结果表明,支撑结构疲劳寿命满足规范要求。

挪威正式启用世界首个海上漂浮式风力发电站

据物理学家组织网报道，挪威能源巨头——挪威国家石油海德罗公司（StatoilHydro）2009年9月8日宣布，世界首个海上漂浮式风力发电站在挪威海岸附近的北海正式启用。

漂浮式海上风力机全机结构自振特性仿真

针对漂浮式海上风力机全机结构的动力特性问题,以某3 MW漂浮式海上风力机系统为例,基于有限元方法分析了系统自振频率和振型的分布特征,并进行漂浮式海上风力机全机自振特性的参数分析,最后给出全机结构基频和倾覆频率的计算公式。分析表明,漂浮式海上风力机系统自振频率非常低且分布密集。系统基频与拉索锚固深度以及叶片长度呈线性递减关系,与浮筒半径呈反比,与拉索的总截面面积以及塔架高度呈二次曲线关系。倾覆频率与参数的关系则牵涉高次项,较上述关系更为复杂。文中给出的拟合公式计算值与有限元值吻合较好,说明其在预测漂浮式海上风力机系统自振频率方面具有较高可信度。

海上漂浮式风力机结构振动的主动控制

为实现海上漂浮式风力机结构振动的主动控制,文中通过分析风轮及塔架所受风载荷和漂浮平台所受波浪载荷,建立气动-水动-结构耦合的风力机动力学分析模型.在非规则海浪工况下,建立风波联合作用的AMD控制系统运动方程.研究结果表明:利用最优二次型控制算法,实现了以最小能量消耗来对风力机纵荡位移振动的智能控制.对5 MW漂浮式风力机进行数值模拟,在额定载荷和极限载荷时机舱及塔架振动的最大位移振幅均减小了33%.

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,

挪威正式启用世界首个海上漂浮式风力发电站

挪威能源巨头——挪威同家石油海德罗公司（Statoil Hydro）宣布，世界首个海上漂浮式风力发电站在挪威海岸附近的北海正式启用。

考虑纵摇工况的漂浮式海上风机尾流特性数值研究

海上风-浪-流的存在使得海上风力机平台会产生六个自由度方向的运动。为研究纵摇运动对海上风力机尾流特性的影响,基于OpenFOAM平台,采用RANS方法的k-ε模型和重叠网格技术,考虑风剪切来流和简化的漂浮式平台六自由度运动条件,对纵摇状态下的风力机尾流进行数值研究。研究结果表明,纵摇工况下的风力机尾流恢复速度更快,且尾流恢复速度会随着纵摇运动的频率和幅值增加而增加。当纵摇运动的振幅较小时,近场尾流的风速恢复会受到一定的影响,而对远场尾流影响不大;当振幅较大时,纵摇运动会加速全部尾流区域的风速恢复,并出现更为明显的扩散现象。研究结果对揭示漂浮式海上风电机组纵摇运动下尾流产生和扩散的机理有一定的意义,为完善漂浮式海上风电场尾流损失模型提供了一定的物理基础。