面向风电场线路运维的无人机智能巡检系统

风电场线路的运维是保障风电场安全、稳定运行的关键环节。针对现有无人机巡检系统续航能力差、智能化水平不足等问题,提出一种面向风电场线路运维的无人机智能巡检系统。首先,构建巡检系统的巡检设备层、通信层和应用服务层架构;其次,设计无人机避障路径,对故障进行识别,提高无人机巡检的自主飞行和智能化水平;最后,构建面向风电场线路运维的无人机智能巡检系统,主要包括无人机及其搭载设备、机巢以及通信方案的设计。

基于分钟尺度风资料对观测环境评估的研究

为自动化评估地面观测环境,以湖北省襄阳站为例,利用该站2006-2014年分钟、小时风观测资料,以及观测环境资料,计算了该站迁站前后不同方位的风向频率、各风向平均风速、各风向各等级风速的频率、湍流强度、风向标准差和粗糙度长度。统计计算结果表明:襄阳站2011年西北、西南方向新增建筑物后,2011-2012年220°-320°方位的平均粗糙度长度较2006-2010年的增大了70%;2013-2014年该站迁站后粗糙度长度较2006-2012年的降低了73%,粗糙度长度与障碍物仰角的相关系数为0.64,为6个指标中最高。粗糙度长度的变化,可反映观测场不同方位障碍物的变化。因此可利用粗糙度长度对观测环境进行评估与监测。这一研究结果还可为不同方位不同量级风速的均一性研究、建筑设计、城市规划等领域合理应用数据提供科学依据。

矿用救援探测机器人系统设计与研究

为了提升煤矿救援探测机器人在受限空间救援探测过程中通信稳定性、可靠性,以及煤矿事故现场非结构环境的通过性能,研制出一种具有自动跟随收放通信光缆功能的新型履带式救援探测机器人系统。当救援探测机器人移动时,自动收放光缆装置通过张紧传感器张力的检测,控制光缆卷筒旋转速度与机器人行走速度匹配,保证救援探测机器人收放线时行走通畅、与遥控服务器可靠通信。并对救援探测机器人悬挂履带行走机构进行越障性能分析,测试结果表明,救援探测机器人可顺利通过22 cm高的台阶,线缆卷筒通信光缆收放正常,机器人四路图像数据传输清楚连续,环境检测数据传输正常,系统整体运行稳定。

基于漂角估计的无人船局部动态避障方法

为了提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和稳定性,提出基于漂角估计的无人船局部动态避障方法。首先,根据国际海上避碰规则(COLREGS)选取动态窗口法(DWA)的速度空间;其次,根据预测的障碍物运动状态选择动态窗口法中无人船的无碰预测轨迹;最后,考虑海洋扰动,利用横向位置误差估计漂角,并在无人船的航向上进行补偿。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。

漂浮式风电平台锚链检测机器人动力学仿真

提出一种新型锚链检测机器人用来检查海上漂浮式风电平台系泊锚链。与传统水下机器人相比,该机器人作业时沿锚链进行爬行作业。针对该新型锚链检测机器人,采用ADAMS软件对机器人沿锚链行进运动进行仿真分析。在此基础上,对机器人在锚链以45°和60°两种倾斜状态下的越障能力开展研究。结果表明,该锚链检测机器人在移动过程中运行平稳,符合结构设计要求,同时也为优化机器人结构提供重要数据。

巷道障碍物对风速监测位置的影响研究

现有高精度风速传感器在井下的安装位置统一采用正常风流流动状况下的方案,未综合考虑巷道放置障碍物等导致风流异常的情况,达不到智能通风的风速精度要求,难以实现矿井的安全生产。针对上述问题,以小纪汗煤矿11218回风巷为研究对象,对井下巷道中障碍物不同位置与不同尺寸对风速的影响展开研究,结合现场实测巷道基础参数与Fluent软件构建贴合该矿特征的巷道模型,研究了距上游端口10 m处底板放置的障碍物与两帮的距离(简称间距L)及其形状大小、放置方式等因素对巷道风速监测位置的影响。①定量分析结果发现:各模型于断面直角处存在微小部分的合理风速区域,其面积在L=0.5 m时最大,L=1 m时次之,L=0时最小;随着间距L的增加,风速传感器最佳布设位置随x坐标(巷道走向)的增加呈均匀分布−截面直角处微量分布−空心圆角矩形分布的规律,且合理风流向两帮扩散更快;L=0时,顶板位置中垂线的合理风流分布在2.59~2.78 m处;L=0.5 m时,顶板位置中垂线的合理风流分布在2.59~2.80 m处;L=1 m时,顶板位置中垂线的合理风流分布在2.61~2.78 m处。②定性分析结果表明:放置障碍物巷道的平均风速均呈增大−减小−增大−平衡的状态;障碍物竖放或宽度增加对风流影响较大;障碍物体积相同,风速峰值大致相同;风流发展稳定时,L=0.5 m时风速可靠性最高,L=1 m时次之,L=0时可靠性相对最低。③通过风速普适性分析得出:在同模型下,不同风速变化率均处于上升−下降−再上升−平衡的4个阶段;在模型2、间距L=0.5 m条件下,对回风巷风流运移规律影响较小的结论具有风速普适性。

浅地层剖面法在海上风电场障碍物和地层探测中的应用

场址区障碍物调查是海上风电场勘察的重要内容,浅地层剖面法是障碍物调查的主要方法。本文利用浅地层剖面法,对大连某规划场址测区的浅部地层及海底障碍物分布情况进行走航式探测,对浅地层剖面数据进行速度分析、时深转换处理、剖面解释,成功获取了场址测区范围内的浅部地层和障碍物总体分布情况。结果表明,浅地层剖面法在海上风电场浅部地层和障碍物探测中具有很好的适用性和准确性。

人工智能技术在高空场景巡检中的应用

阐述无人机在风电巡检中的特点和应用,分析无人机智能巡检的关键技术,包括自主巡航、智能AI图像处理、精准定位、续航能力提升、5G技术,探讨无人机自主避障技术的应用。

冀北沙漠化土地黄柳生物沙障防风阻沙与土壤改良效益分析

流沙固定及土壤改良是冀北沙漠化土地植被恢复与重建技术体系的关键环节之一。本研究通过对冀北沙漠化土地黄柳生物沙障内与裸露沙地的风速、积沙量及土壤理化性质的观测分析,研究了黄柳生物沙障的防风阻沙效益及土壤改良效益。结果表明：黄柳沙障后1 m,0.5 m高度处的防风效能为28.69%,黄柳沙障内下垫面粗糙度为裸露沙地的4.5倍,黄柳基部积沙量为0.09 m^3。黄柳沙障内0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm土壤极粗砂粒（〉1.0 mm）含量分别比裸露沙地减少了92.84%、95.38%、82.85%,细砂粒（0.25-0.1 mm）含量则分别比裸露沙地增加了57.09%、44.93%、46.37%,土壤非毛管孔隙度较裸露沙地提高了24.85%、41.30%、22.86%。黄柳沙障内表层土壤有机质含量、微生物总量分别比裸露沙地高出30.93%、54.54%,沙障内土壤酶活性亦有增强,其中过氧化氢酶活性变化明显,其活性在0-40 cm土层比裸露沙地高出37.69%。

障碍物对孤立山丘三维风场的影响

采用数值计算软件FLUENT研究障碍物的尺寸、障碍物与山坡坡底的距离对山丘风场的影响.根据计算结果绘制山顶上方50m处的湍流强度和速度变化图,山丘表面风速值线图以及来流方向分风速等值线图.分析结果表明:障碍物越高,距离山坡坡底越近,山顶风速减小幅度越大,越不稳定;山丘上游存在障碍物时,迎风坡和背风坡均出现低速区;障碍物距离山坡坡底较近时,迎风面上还出现了回流现象.迎风面、背风面的速度变化较大,不适合安装风力机;山丘两侧风速一直变化不大,比较适合安装风力机.

风观测对障碍物距离要求的定量评估

为定量评估气象站风观测对障碍物的距离要求,通过流体力学模式(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单体建筑物进行了敏感性试验分析,并用河北沽源构筑物观测试验对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)按照来流风速90%进行风速影响范围评估,障碍物对风速的影响距离为迎风面上3倍建筑物高度,背风面为28.5倍建筑物高度;按风向偏差10°进行风向影响范围评估时,障碍物对风向的影响距离为迎风面1.4倍建筑物高度,背风面为6.8倍建筑物高度,侧风向为2.8倍建筑物高度,垂直方向上为4倍建筑物高度。(2)对来流风速、建筑物厚度、建筑物高度、建筑物视宽角、来流风向的敏感性分析表明,10 m风速、风向测量对障碍物距高比的要求随背景风速的增大而增大;随着建筑物厚度的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求减小;当障碍物高度<6 m时,对10 m风速、风向观测影响不明显,当障碍物高度>6 m时,对距高比的要求随障碍物高度的增加而减小;随着建筑物视宽角的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求增大;来流风向与建筑物呈45°时,风速影响区域增大,风向影响区域水平方向增大、侧方向减小。

障碍物对风速风向影响的观测试验

随着城市化进程的加大,测站周围障碍物的存在使风观测资料失去代表性、准确性和比较性。为定量化研究障碍物对风观测的影响,开展了河北沽源构筑物观测试验,通过对比构筑物修建前后各测点的风速风向资料,分析了障碍物对风速风向的影响。分析结果显示：1障碍物对风速的衰减作用与背景风速大小有关,风速越大,衰减作用越强;2背景风速在2~6m/s时,障碍物背风面测点风速衰减随距离增大而减小,在10倍障碍物高度距离处平均约衰减15%;背景风速大于6m/s时,背风面各测点风速衰减先增大后减小,在大约5倍障碍物高度的距离处衰减最大,10倍障碍物高度的距离处平均约衰减20%~30%;3障碍物的存在使主风向的风向频率减小,对风向的影响距离为6倍障碍物高度。

基于结构方程模型的中国风能产业发展障碍因素研究

促进中国风能的大规模开发利用,需要对风能发展的阻碍因素有清晰量化的认识。以中国CDM风电项目为例,使用结构方程模型(SEM),本文对阻碍中国风能产业发展的影响因素进行了系统考察。在以降低风能投资成本为主要目标的考虑下,研究发现:短期内,风能设备缺乏是导致投资成本高昂的主要原因;中期内,产业R&D能力不足、地方基础设施不完善是导致投资成本高昂的主要原因;长期内,影响风能投资成本的主要因素则是国家政策的缺乏和风能的间歇性特征。研究结论对促进中国风能发展具有重要政策含义。就短期目标而言,决策者可将重点放在强化本土化设备与零组件的制造、生产;就中期规划而言,决策者可同时着重产业R&D能力的提升与地方基础设施的改善;就长远规划而言,决策者既要重视国家政策的制定与适当框架制度的建立,同时也要妥善应对风能的间歇性特征对风能发展的不利影响。

基于Fluent软件的氨气泄漏扩散研究

本文基于Fluent软件对于氨气储罐的泄漏进行模拟,研究在不同风速、不同风向以及设置障碍物下对氨气扩散的影响.研究表明,氨气在自然扩散时呈蒲扇形沿着风向扩散;风速越大氨气在水平风速方向上扩散距离越远,污染范围也越大;风向与氨气泄漏口位置水平垂直时,氨气首先垂直于风向扩散一定距离,然后再沿水平风向扩散;障碍物对氨气的扩散速度和范围具有阻碍作用.

风能发电经济效益研究——葫芦岛市风力发电项目的启示

人类对燃料能源的消耗越来越多,而燃料能源的有限性及其对自然环境的危害性使风能等可再生能源成为新的可持续使用的无污染能源之一。本文以葫芦岛市风力发电项目为例,通过对风能与其他能源使用优越性的比较以及对目前我国风电现状的分析,指出了我国对风电的迫切需求和应用不足的现实。同时,通过大量的数据及图表进行实证分析和可行性研究,揭示了风力发电可以产生极大的经济效益。最后,文章辩证地分析了风力发电的优势和障碍,证明了风力发电是最具发展前景并符合可持续发展要求的可再生能源开发模式。

障碍物形状对含硫天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

对含硫天然气管道泄漏扩散进行模拟研究,在不同风速下对比分析了计算区域内障碍物形状、障碍物坡度对泄漏气体扩散过程的影响规律,并模拟了不同条件下H2S组分的安全区域。结果表明,障碍物的存在使泄漏气体在风力作用下堆积在障碍物的迎风面,障碍物的形状改变泄漏气体的运动路径。当障碍物为无坡度障碍物(建筑物)时,泄漏气体的扩散高度增大,且在水平方向的传输被阻碍;当障碍物为有坡度障碍物(山体)时,泄漏气体在水平方向的扩散距离增大,且在外界风力达到一定速度之后,泄漏气体绕过障碍物在背风区扩散时开始向下沉降,导致地面附近的安全区域范围减小。减小障碍物坡度,风速较小时对泄漏气体的扩散无影响,风速较大时泄漏气体将障碍物包围并在近地面处扩散;增大障碍物坡度,泄漏气体的扩散规律与无坡度障碍物(建筑物)存在时相似。模拟结果可为含硫天然气泄漏事故的处理提供参考。

地形影响下的风轮机雷达回波仿真与分析

为研究地形因素对风轮机雷达回波的影响,利用雷达、地形障碍物和风轮机的位置信息,分析了风轮机的可视性条件;基于散射点积分算法,建立了风轮机完全可视和部分可视时的雷达回波模型;最后通过仿真分析了风轮机雷达回波在时域、频域和时频域的特征.仿真结果表明,不同地形条件下风轮机的可视性不同,进而影响风轮机雷达回波特征.

考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑设计

对于海上风电场集电系统的优化设计,现有设计方法大部分只考虑了电缆和开关的合理配置,而没有充分考虑障碍区对拓扑设计的影响。为此,本文提出了一种考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑优化设计方法。采用GIS技术对障碍区进行图层化处理,并利用最小面积不定形包围盒法将障碍区表示为最小面积矩形包围盒。在此基础上,结合Dijkstra算法与Prim算法的优点可得求取避障路径的优化算法,再通过基于层次分析法且兼顾经济性和可靠性两个方面影响因素的模糊综合评价模型来比较海上风电场集电系统的拓扑方案,就可完成海上风电场集电系统的最优拓扑设计。最后的算例及分析验证了本文算法的可行性。

考虑障碍物分布和风速影响的天然气泄漏扩散研究

采用FLUENT软件对不同风速和障碍物分布下的天然气泄漏扩散进行了数值模拟。得到了甲烷在不同障碍物分布、风速影响下的扩散规律和甲烷的浓度分布规律,为有效预测天然气泄漏扩散的影响范围提供了依据。结果表明,在泄漏孔附近浓度和速度都很大,风速越大,天然气往下风方向输送的作用越明显;天然气的泄漏速度对扩散有明显的影响,速度越大扩散的高度越高;受障碍物高度的影响,扩散主要表现为天然气沿着障碍物壁面扩散和天然气发生偏转;受障碍物到泄漏孔距离的影响,天然气扩散主要表现为迎风面对天然气的阻挡作用。

矿山通风巷道风门后的风速分布特性研究

为了提高矿山通风巷道障碍物后风速测量精准性,依据障碍物对风流分布的理论分析,以某矿山含卷帘式风门巷道段为例,采用计算流体力学方法研究了进口风速、风门开合程度和粗糙度对风速分布特性的影响。结果表明,风门后流场存在空腔区及尾流区,与理论分析一致;井巷通风安全规程内风速(1~6 m/s)改变对风速分布无明显影响;风门开合程度减小,空腔区风速波及范围增大;增加粗糙度使巷道内风速减小,风速分布沿巷道方向出现分层;传感器距风门距离大于9H(H为障碍物高度)时,可摆脱空腔区影响,距离大于35H时,测量风速可达到进口风速的90%;传感器距粗糙顶壁的距离大于2R(R为粗糙度)时,测量风速可达标准值约90%。