基于卡尔曼滤波的改进ADRC风电制动器控制策略研究

为了提高风电制动器的抗干扰能力和控制精度,在传统三闭环系统的基础上,提出改进自抗扰控制并融合卡尔曼滤波算法.在扩张状态观测器中引入速度跟踪情况,将传统的“大带宽、小误差”改进为“小带宽、小误差”,提高观测器的观测效率.在误差反馈控制率中引入新型指数趋近律的滑模控制,增强控制效果.在电流环中引入卡尔曼滤波算法,降低电流噪声.通过MATLAB/Simulink建立风电制动系统的数学模型,与传统自抗扰控制策略和PID控制策略进行对比分析.结果表明:改进后的控制策略提高了响应速度,降低了启动转矩和电流噪声;制动器在不同工况下均展现出来良好的控制效果和抗干扰能力,提升了系统的鲁棒性和动态性能.

风力发电机混合式刹车系统的电磁涡流刹车研究

针对现代风力发电机刹车系统存在的齿轮箱所受扭矩大、刹车片磨损快等问题,提出了用电磁涡流刹车作为风力发电装置辅助刹车的混合式刹车系统。试验结果表明,该新型刹车系统刹车性能较好,并且解决了上述问题。

基于DBR的交直流复用Crowbar低电压穿越

在深入分析双馈风力机组数学模型的基础上,通过对现有低电压穿越方案的控制策略和效果的研究,提出了基于动态刹车电阻(DBR)的交直流复用Crowbar低电压穿越方案。所述方案有2种工作方式:当电网电压轻度跌落时,运行于直流Crowbar工作方式;当电网电压深度跌落时,运行于交直流复用Crowbar方式。针对2MW双馈风力发电机组进行了试验,对设计方案进行了验证。研究表明,所述方案对电网电压轻度跌落持续可控;对电网电压深度跌落,利用并联整流桥取代机侧变频器输送转子故障能量至直流母线,规避了跌落瞬间机侧变频器容量不足的缺点,至机侧变频器重启并联整流桥退出,恢复背靠背变频连接。对不同程度电网电压跌落,所述方案均能实现低电压穿越,故障期间无功支撑满足电网导则要求。

垂直轴风力发电系统制动及保护电路设计

为直驱风力发电系统设计了电子制动和保护电路。该发电系统包括垂直轴风轮、永磁同步发电机、整流器、升压变换器、降压变换器及负载。传统的由三相短路系统组成的电子制动装置极易损坏风机转子的桨叶,为此设计了由负温度系数(NTC)电阻组成的电子制动装置,既便宜又安全可靠。实验表明,所设计装置能够有效地保护小型风力发电系统的过压过流状态,并且拓宽了风力发电系统的发电风速范围。

风电制动片材料冲击性能及摩擦性能分析

基于对风力发电机制动片现用摩擦材料的分析,研制了纤维增强复合材料,并利用分离式霍普金森压杆试验装置和MM—1000磨粒磨损试验机,研究制动片摩擦材料的冲击性能和耐磨性能。通过对铜基粉末冶金、颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料的应力-应变和摩擦性能比较和分析,得出纤维增强复合材料具有较好的耐冲击性能和良好的塑性性能,并且其摩擦性能高于其他两种材料,故可以取代其他两种材料成为风电制动片材料。

风力发电机用同极型磁悬浮轴承的支承性能

建立了垂直轴风力发电机转子系统装置,设计制作了同极型径向磁悬浮轴承和具有悬浮与刹车功能的轴向磁悬浮轴承,给出了该装置的主要设计过程和结构参数。测试了磁悬浮轴承控制参数的稳定区域,采用试验模态分析方法获取了系统的模态频率和模态阻尼,并验证了轴向磁悬浮轴承的刹车功能。结果表明,系统的第一阶临界转速远高于最大工作转速,系统在运行时不会出现共振;另外,轴向磁悬浮轴承可以满足刹车制动要求,有利于减小系统的体积和成本。

风电制动器惯性台架的研制

试验台依据行业国家标准而开发设计,是以机械惯量来模拟风电实际惯量的制动器试验台。为保证试验条件和实际工况的一致性,试验台采用直流电机作为有效风能和负载转速的模拟,采用旋转的惯性飞轮模拟风电机组实际工况中的载荷,利用设计的气压和液压系统模拟风电实际的制动力驱动装置,对风电制动器施加制动力矩。通过对风电制动器各性能参数的检测、采集和分析,检验风电制动器制动性能是否合格。

改善基于双馈感应发电机并网风电场的低电压穿越能力研究

为保持系统稳定,必须要求大规模并网风电场具有低电压穿越能力。双馈感应发电机(DFIG)低电压穿越功能已成为研究热点。介绍了串联制动电阻装置对双馈感应发电机暂稳特性贡献的机理。详细分析了在电网故障情况下,制动电阻装置对双馈风电场低电压穿越能力的贡献,分别就制动电阻接在风电场升压变处与接在双馈感应发电机机端对低电压穿越的改善效果进行分析。试验结果表明:故障期间投入适当大小制动电阻,能较好地提高双馈风电场低电压穿越功能:将制动电阻放置在风电场升压变处贡献效果优于将制动电阻装置放置在双馈感应发电机机端处。

电磁涡流刹车在风力机制动器中的应用

针对传统的液压驱动机械刹车所存在的问题,将电磁涡流刹车技术引进到风力发电机的刹车系统中,提出了电磁涡流刹车作为风力发电装置辅助刹车的方案。根据机械刹车不同安装位置,提出了3套刹车系统方案。对它们进行受力分析,比较得出最佳方案。在分析传动系统的运行机理基础上,推导出了刹车系统的柔性轴数学模型。该模型能正确反映刹车特性、且易于数值仿真的实现。

风电主轴制动器制动盘的应力分析

利用ANSYS软件建立了风电主轴制动器制动盘三维实体模型,分析了紧急制动工况下其机械应力场和热应力场。结果表明:制动盘机械应力场和热应力场均呈对称分布。其中,制动盘机械应力最大值出现在最外层螺栓孔处,为39.79 MPa;热应力场中,最大热应力值发生在制动时间7.89 s时,位于摩擦区域内侧与非摩擦区交界处,达到289 MPa;两者均小于材料的屈服极限345 MPa,且热应力最大值远大于机械应力最大值,由此可知热应力是引起制动盘失效的主要因素。

风电高速轴制动器温度场及热力耦合分析

大型风电制动器紧急制动涉及摩擦、流体、热弹性、高能量密度摩擦副等多物理场耦合,为了进一步揭示其摩擦功传热原理,基于传热性能分析理论,推导风电高速轴制动器热-机耦合三维有限元数学模型,利用有限元分析软件Abaqua瞬态完全热力耦合法,研究风电高速轴刹车盘热应力特性。结果表明,风电制动器对偶件由于接触不均匀,导致温度在盘圆周方向推移的时效性及不对称性特征。解释了由于换热和热流输入的循环交替变化引起温度在半径方向上的温升及应力变化规律,并针对热应力集中区产生热裂纹萌生及扩展情形进行推理论证,对大型风电机高速轴刹车盘转速过高状态下的高热能摩擦作用机制研究具参考作用。

制动电阻对变速双馈风电机组故障穿越能力的影响研究

为保持系统稳定,必须要求风电机组具有故障穿越能力。双馈风电机组故障穿越能力已成为研究热点。介绍了故障穿越标准,分析了双馈风电机组暂态特性与制动电阻的工作原理,详细分析电网电压跌落情况下,制动电阻接在风电场升压变压器低压侧与接在风电机组机端对双馈风机故障穿越能力影响。试验结果表明:故障期间投入制动电阻,能有效提升双馈风电场故障穿越能力。

基于制动器摩擦副销-盘试验的第三体摩擦磨损特性研究

风电制动器因其制动工况多变,摩擦副表面的第三体成分复杂且大小各异,在第三体影响下摩擦副的摩擦磨损特性仍有待研究。以服役期内风电制动器摩擦副为研究对象,对附着在风电制动器摩擦副表面的第三体成分及尺度进行检测。检测结果表明,风电制动器摩擦副表面第三体的主要成分为铁铜磨屑及沙石颗粒,且其尺度均在百微米级。利用销-盘摩擦磨损试验机研究具有上述成分及尺度第三体对摩擦副摩擦磨损特性的影响。试验结果表明:摩擦初期第三体在摩擦副间产生滚动起减摩作用,摩擦因数大幅减小;随着磨损程度的加剧,摩擦因数大幅上升,摩擦副提前进入剧烈磨损阶段;铁颗粒会加剧摩擦副磨损缩短其使用寿命,沙颗粒会导致制动过程摩擦力矩大幅波动,铜颗粒会导致制动力的不足。

引进风力发电机组的缺陷及改进建议

文章针对引进风力发电机组在调试中发现的问题,如风机缺乏故障穿越能力、结构设计中存在的问题等进行了分析,提出了在签订订货合同时要明确厂家提供完整的中文版技术资料,以及进行超速保护试验、修改风机开关特性、保证传感器质量和机舱门密封等建议。

基于机电储能的永磁同步发电机低电压穿越控制策略

从功率流向角度对已有低电压穿越(LVRT)方法进行归纳总结,在此基础上提出一种LVRT控制策略:基于机电储能,利用机侧变流器稳定直流母线电压,网侧变流器实现最大风能跟踪。该控制策略结合散热要求大大降低的制动电阻与变桨距调节技术,可以在不增加控制复杂度、不显著增加系统成本的情况下,充分利用风电机组惯性,存储电网电压跌落时系统的不平衡能量,平稳实现LVRT。通过对1.5MW永磁直驱风电系统的MATLAB仿真,验证了所提出的LVRT控制策略的正确性和有效性。

改进的双馈风电机组低电压穿越能力研究

针对风电机组低电压穿越能力的要求,在分析Crowbar电路和串联制动电阻(SDBR)保护原理的基础上,提出利用两种方式结合的方法来改善双馈风电机组的低电压穿越能力。利用Matlab/Simulink仿真平台建立基于双馈风力发电机的风电系统仿真模型,并将仿真结果同不加任何保护装置的风电系统各参数进行对比。结果表明,改进的保护措施能有效保护风电机组,提高机组的低电压穿越能力。

1700mm冷轧机开卷机电气控制系统的改造实践

介绍东北轻合金有限责任公司1700 mm冷轧机开卷机电气控制系统由发电机组供电、交磁放大机控制方式改造为由可控硅变流装置供电、模拟控制的实践过程。重点介绍了开卷机整个工作过程中,直流电机和可控硅变流装置所处的各种工作状态,阐述了改造后的模拟控制系统与恒张力控制原理,以及卷径检测方式,并对控制系统自动调节过程进行了分析。

国外飞轮储能技术状况研究

飞轮储能具有快速充放电、瞬时功率大、效率高、无污染等优点,是目前最具发展前景的储能技术之一,其工作模式分为充电、保持和放电模式。上世纪90年代以来,飞轮转子材料、支承技术、电能变换技术取得重大突破,飞轮储能技术也随之有了重大进展。全球飞轮储能技术的研发力量主要集中在美国、欧洲和日本,在飞轮技术基础应用研究、关键技术及制造工艺、飞轮储能产品产业化开发与市场运作等方面,美欧日都远远领先于其他国家。但随着其他国家对储能技术的重视和大力投入,多极化趋势日益明显。在企业级不间断电源应用领域,产品特点是大功率、短时充放电,代表企业如美国Active Power和德国Piller;在轻轨制动动能再生领域,基于GTR技术的1MW飞轮系统已在纽约远洛克威县安装,每日节电1300k W·h,节能率21.7%;在电网调频领域,美国Beacon Power公司已建成2个20MW的储能电站,并投入电网调频运行;此外,在风电与光伏发电并网、航天与军事领域,由于飞轮储能具有瞬时功率大的突出优势,可以平抑负载波动,提供极高的兆安级电流进行核聚变及军用电磁弹射研究。

G5X风力发电机组机械刹车逻辑技改研究

歌美飒G5X风力发电机组急停故障后机械刹车制动,刹车片与刹车盘相互摩擦导致刹车片及刹车盘温度升高、熔融,最终造成机舱着火。通过对比其他机型发现,G5X机械刹车逻辑可以进行改进。通过有限元分析,发现了机械刹车温升和刹车时间的关系。根据仿真数据获得的时间关系对刹车逻辑进行技改,设计优化了刹车控制电气回路,更改了机械刹车温度检测热敏电阻。优化后的刹车方案在风机上进行现场验证,达到了预期效果,可为以后风力发电机组制动系统的研究和改进提供借鉴。

风电装备偏航制动器缸体铸件的开发

介绍了风电用HDAB型偏航制动器缸体铸件代替钢板焊接件及锻钢件的产品性能要求及开发过程。根据偏航制动缸体使用性能，采用耐低温冲击韧性和耐腐蚀性能的QT350-22AL材质、严格控制炉料和铁液成分、优化铸造工艺和热处理工艺，确保了铸件的内外质量。生产结果表明，偏航制动器缸体产品性能满足使用的工况条件。