非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明:桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。

Darrieus垂直轴风力机的双盘面随动流管模型

针对现有垂直轴风力机流管模型中未经充分实验验证的流管假设,提出了一种针对垂直轴风力机的空气动力模型———双盘面随动流管模型.模型整体采用双盘面单流管模型,局部采用随动流管模型,同时考虑了叶片的动态失速效应,并结合了Gormont动态失速模型.其中,双盘面单流管模型假设风轮的上下盘面均具有各自恒定的来流风速;随动流管模型假设叶片的相对局部风场中存在随动流管,流管方向与叶片相对风速方向一致,并随叶片实时运动.在Matlab中建立了模型并进行了系统计算,通过与实验数据的对比分析发现,该模型可较好地预测风力机的整体气动性能.同时研究结果表明:为了较准确地预测风力机在低尖速比范围内的气动性能,动态失速效应是不可忽略的.

基于PC-Kriging模型的极端环境下海上风机基础可靠性分析

为研究基础结构的材料属性和尺寸对单桩式海上风机基础可靠性的影响,提出基于PC-Kriging模型(Polynomial-Chaos-based Kriging,PC-Kriging)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法,结合IEGO学习函数建立的单桩式海上风机基础可靠性分析模型,并通过算例验证了该方法的精确性。以50年重现期的海况为极端环境,考虑材料密度、弹性模量和桩腿壁厚的不确定性,进行单桩式海上风机基础在塔筒顶部位移和应力控制两个失效因素下的可靠性分析,并进行全局灵敏度分析。分析结果表明,单桩式海上风机基础失效概率为8.4×10-3,材料密度对可靠性影响可以忽略不计,而材料弹性模量和桩腿壁厚对可靠性影响较大。

风电场站单机聚合模型倍乘元件阻抗参数设计

现有较大规模风电场站等值模型中常采用倍乘方式实现机组聚合,以节省建模与仿真计算等资源。针对风电场站单机聚合模型倍乘元件在风电场建模中应用广泛、参数设置缺少规律性的现状,对倍乘元件阻抗参数在风电场等值建模中的影响展开研究。首先,以PSCAD软件官网的经典倍乘元件入手,分析各个自定义阻抗参数间的关系与重要程度。其次,搭建风电场基准测试模型并展开等值聚合,通过参数遍历测试,研究倍乘元件阻抗参数对等值误差的影响机理,依据稳态运行点等值误差、仿真步长两个方面的限制,提出倍乘元件阻抗参数选择方法。最后,选取稳态运行点、三相电压跌落、宽频振荡3个工况,对影响机理与推荐参数展开验证。从等值误差的角度,对大型风电场建模仿真中倍乘元件阻抗的参数设计提供了参考建议。

基于风电机组转子动能的风电场一次调频功率分配优化

为了实现风电机组调频控制策略从风电机组自身运行特性到风电场层面的过渡,构建了一种基于风电机组转子动能的风电场一次调频功率分配优化模型。首先,以风电机组转子动能为基准,构建风电场单机等值模型;其次,基于单机等值模型,求解风电场参与调频期间的最优控制参数;然后计及风电机组的不同运行工况,构建风电场功率分配优化模型,求解各风电机组调频期间的功率分配系数;最后通过仿真算例验证优化模型的有效性。结果表明:该优化方法能够准确控制风电场调频期间的转子动能变化,误差均在工程应用的允许范围内,具有良好的实用性。

风电场不同等值模型的仿真研究

以含笼型异步发电机组的并网风电场为例,在分析单机异步风力发电机动态模型的基础上,研究了风电场容量加权单机等值、降阶变尺度多机等值、参数变换单机等值以及改进加权单机等值模型和方法。针对风电场机组参数完全相同和不同的两种算例,利用Matlab/Simulink平台建立了风电场不同等值模型,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性和适用性。

基于WRF模式和自适应偏最小二乘回归法的风能预报试验研究

利用中尺度WRF(Weather Research and Forecast Model)模式预报了2009年1,4,7和10月甘肃某风电场区域的风速和风向,并与离风电场最近的两座测风塔对应时段50m和70m高度实测资料进行了对比,客观地评估了该模式对风场预报的准确率。在相对准确的风场预报基础上,利用2008年1月-2009年4月风电场200台风机的实际功率记录数据和同期气象要素场预报资料,采用自适应偏最小二乘回归法和单机预报法建立了每台风机未来48h逐15min输出功率记录数据与同时刻轮毂高度预报的风速、风向、气温、湿度及气压之间的非线性统计预报模型。为了对该模型的稳定性和准确性进行长期的客观评估,独立进行了2008年1-12月的预报试验,分别建立了12组独立的非线性统计预报模型。试验结果表明:(1)WRF模式预报的各月风向分布、风频大小与实测风向有较好的一致性;盛行风向基本一致,风频大小相当,风向分布特征也较为一致。(2)WRF模式预报的50m和70m高度逐时平均风速与实测值的相关系数介于0.6～0.8之间,均方根误差介于1.5～2.6m.s-1之间。(3)2008年1-12月逐15min风电场风电功率预报值与风机输出功率记录值的相关性较显著,可较好地预报出各月风电功率的时间变化趋势。两者相关系数介于0.58～0.90之间,均达到了99.9%置信度。(4)各月逐15min风电功率预报值与风机输出功率记录值的误差较小,相对于总额定装机容量而言,均方根误差介于2.76%～12.89%之间。

黏土中两种不同直径单桩水平循环加载模型试验与分析

为探讨海上风机在风、浪等水平往复循环荷载下大直径单桩基础的循环弱化特性,设计了稳定输出长期循环荷载的机械加载装置,开展了软黏土中长期水平循环荷载下海上风电大直径单桩基础和传统长桩基础的模型试验对比研究。根据API给出的骨干曲线和Masing二倍准则构建循环荷载下的p-y(荷载-位移)曲线,并借鉴前人工作,采用累积塑性应变描述软黏土的不排水抗剪强度弱化,提出了分析大周数水平循环荷载下单桩基础循环弱化的理论方法。该方法将循环荷载次数、幅值等外界条件与桩周土体的循环弱化特性建立联系,以适应海洋环境复杂多变的水平循环荷载形式。通过模型试验和理论研究认为,大直径单桩基础因刚度较大,在同样的水平力循环荷载条件下,其抵抗循环荷载的能力明显优于传统长桩。在海上风机大直径单桩的设计中采用基于黏土残余强度的循环后稳定水平承载力更为合理。

双碳量约束下风电–碳捕集虚拟电厂低碳经济调度

风电–碳捕集虚拟电厂由出力间歇且波动的风电机组和碳捕集机组聚合而成,可实现内部协同优化,整体参与电网调度。为更准确描述储液式碳捕集机组的捕集流程,将捕集系统正在处理的CO2量的传统单碳量形式,改进为再生塔正在处理的CO2量和吸收塔正在处理的CO2量的新型双碳量形式,并将其计入机组运行约束。以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳交易市场中的净收益最大化为目标,构建了日前–实时双阶段低碳经济调度模型。以日前调度结果作为虚拟电厂申报出力;在实时调度阶段,动态修正碳捕集机组的净输出功率,并辅以储能电池,以克服风电出力变化导致虚拟电厂实际出力偏离其申报值的难题。仿真结果表明,所提双碳量模型合理且正确。虚拟电厂联合运行模式可协调优化其内部各单元的出力安排与碳排放水平,使风电成为可调度资源,从而获得更高的运行收益;相较于虚拟电厂独立运行模式,可较大减少平衡出力偏差所需的储能电池配置容量,并能获得更显著的碳减排效益和更高的经济效益。同样条件下与传统单碳量模型相比,采用改进双碳量模型所需的储能电池配置容量将减少,且更经济和低碳。

铺层材料单层厚度对风力机叶片低阶模态频率的影响分析

针对大型风力机叶片铺层材料单层厚度对叶片模态频率的影响作用,对铺层材料单层厚度间的耦合机制进行研究。采用Box-Behnken法设计实验,建立叶片铺层单层厚度与其第一阶模态频率间的响应面模型,揭示叶片不同铺层材料单层厚度对模态频率的影响规律。以叶片前两阶模态频率为优化目标、以铺层材料单层厚度为设计变量建立优化数学模型,并采用遗传算法与有限元法结合进行全局寻优。以某企业1.5 MW叶片为算例,结果表明,优化后叶片第一阶挥舞、摆振频率均提高了0.07 Hz。

基于非电气参数的风电场等效建模方法对比研究

在研究含有风电的电力系统时,简化的风电场模型有利于系统的仿真分析。为提高风电场等效模型的精度,提出一种基于非电气参数的风电场等效建模方法。从风电机组的控制参数、输入风速和风力机参数3个部分进行聚合、等效,得到对应的风电场单机等效模型。在MATLAB/Simulink软件中建立风电场模型和等效模型进行仿真研究。通过对比分析验证了这种等效建模方法的有效性和准确性。

风浪异向时单点系泊浮式风力机运动性能分析

针对一种具有"风标效应"的新式单点系泊半潜型浮式风力机,建立了风机-塔柱-基础-系泊线耦合的分析模型,采用叶素动量理论计算叶片空气动力载荷,采用混合模型计算波浪载荷。通过风力机数值仿真软件FAST对该新型浮式风力机进行数值模拟,研究不同环境载荷方向下,单点系泊浮式风力机的"风标效应"和运动性能。时域计算结果表明,当风载荷和波浪载荷的入射方向不同时,采用单点系泊的浮式风力机依然可以实现自动对风的功能。对频域结果分析发现,风载荷主要影响浮式基础的平衡位置,波浪载荷主要影响在平衡位置附近的振荡运动。由此可见,相比于浮式基础受到的定常波浪力,风轮上的推力更占据主导地位。

单机风电功率人工智能预测模型综述

单机风电功率预测依据风机轮毂风速的历史数据预测风电功率。风速与功率的高比例关系使得电力调度系统对风电功率预测精度的要求较高,此外,风速具有间隙波动性和随机性,使得风速和风电功率序列呈现出很强的非线性。人工智能在处理非线性预测问题上具有优势,对单机风电功率预测建模有一定的价值。本文介绍了基于人工智能的单机风电功率预测模型的建立过程,阐述了模糊逻辑等人工智能方法在单机风电功率预测中的应用与特点,探讨了单机风电功率预测模型存在的问题,提出了对提高单机风电功率预测模型性能的一些见解。