基于双侧磁链观测差的海上双馈风力发电机转子绕组匝间短路早期故障辨识

海上双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)维护困难,对故障辨识精准度要求较陆上更高。转差功率使得DFIG在接近同步速运行工况时,转子绕组匝间故障特征十分薄弱,辨识困难。提出以双侧磁链观测差为特征量的海上DFIG转子绕组匝间短路早期故障的辨识方法。根据DFIG转子绕组匝间短路故障机理,推导得到匝间短路时双侧磁链观测差的表达式。通过仿真验证了该特征量对于转差变化和转速测量误差的鲁棒性。仿真和实验分析结果表明,双侧磁链观测差对于双馈电机转子绕组的早期故障辨识具有高灵敏性和高可靠性,为海上双馈风机转子匝间短路的精确辨识提供技术支撑。

双馈风力发电系统的低电压穿越研究

本文介绍了风力发电系统的无功补偿部分成分以及双馈电机的转速、无功控制,然后研究了双馈风力发电(DFIG)系统的低电压穿越现象,指出双馈风力发电机自身的无功补偿是该系统电压稳定的一种有效选择。仿真结果表明,在故障期间,DFIG风电机组能够发出无功给电网提供电压支持,实现电网规程所要求的低电压穿越功能。

上海东海大桥大型海上风电场的建设实践

上海东海大桥100兆瓦海上风电场示范项目是亚洲第一个海上风电场。本文从东海大桥风电场项目的工程特点出发,通过风电场主机制造和设备运输、风机海洋基础设计和施工、风机的整体吊装以及并网技术等方面进行研究与实践,提出了大型海上风电场基础施工工艺、接入电网方式、大型设备的运输和整体吊装技术,为海上风电场规划建设提供借鉴。

风生东方 电起东海——上海东海大桥100兆瓦海上风电示范项目

东海大桥风电场位于上海东海大桥东侧1～4公里、浦东新区岸线以南8～13公里的上海市海域。风电场平均水深10米,90米高度年平均风速每秒8.4米。东海大桥风电场建设规模.按照国家发展和改革委员会和上海市政府对大型海上风电场建设要求,结合东海大桥海域海底地形条件、风资源情况、海域利用现状和规划来确定。

海上双馈感应发电机定子绕组匝间短路容错技术可行性分析

受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。针对故障后定子电流负序分量幅值增大而严重影响DFIG正常运行的问题,分离各序分量并提取定子负序电流,通过在转子侧输入相应的谐波电压来抵消定子侧负序电流,构建负序电流控制器以抑制故障后定子相电流的负序分量。仿真与实验结果验证了该方法可以有效降低DFIG定子绕组匝间短路故障后的定子负序电流幅值与输出功率脉动。

压电传感器在风电发电机振动测试中的应用研究

压电式传感器计具有体积小、质量轻、测量范围宽等特点,在振动测量系统中得到广泛应用。分析了压电式传感器作为一种机电换能器,将振动转变成为电量进行测振的具体原理;根据风力发电机组的振动信号频谱特点,采用高输入阻抗超低偏置电流的放大器OPA128作为输入级,设计了低频截止频率为0.1Hz的前置电荷放大器,采取了合理的屏蔽和接地技术,确保监测信号准确。

转速对风机叶片模态的影响及其威布尔拟合

为探究旋转效应对于风力机叶片模态的影响,建立了叶片的有限元模型,并导入ANSYS软件中进行计算,得到了风力机叶片在静止工况与旋转工况条件下的模态,通过Weibull函数拟合得到了转速与叶片模态频率的变化关系.结果表明:静止叶片振动形式随着模态阶次的递增基本保持挥舞和摆振混合或者其中之一占主导的振型,而扭转振型到第十阶模态才出现;旋转工况下的模态振型及频率相对静止工况下都有较为明显的差异,第一、第二阶振型表现为方向相反的摆振,第三至十阶的振动形式类似于静止工况的第一至七阶,旋转叶片的抗弯扭能力更强;随着转速的增大,叶片第三至七阶模态频率呈现非线性递减的趋势,而第八至十阶模态频率出现相反的趋势;Weibull函数拟合模型不仅能够描述叶片模态随转速变化的规律,而且具有较高的拟合精度.研究结果为风力机的安全运行及可靠性设计提供一定的理论基础和技术指导.

海上风电机组运行维护现状研究与展望

海上环境恶劣、可进入性差,给海上风电机组的运行与维护带来了巨大挑战。近年来,随着海上风电的大规模开发与大容量海上风电机组的相继并网,海上风电机组经济可靠地运行与维护已经成为新能源研究的热点问题之一。文中对海上风电机组运行维护现状进行统计与分析,主要围绕海上风电运维最关注的可靠性(Reliability)、可用率(Availability)以及维护(Maintenance)3个方面阐述了当前海上风电机组运行与维护现状。在此基础上,整理与归纳了影响海上风机运维成本的主要因素,对当前海上风电机组运维研究热点进行总结,展望了未来有待进一步研究的方向。

基于派克矢量轨迹椭圆度的海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识

随着我国海上风电产业逐渐向深远海发展,迫切需要精确的早期故障辨识技术,以防止故障恶化造成的巨大经济损失。针对派克矢量故障辨识方法用在双馈并网系统时易受定子电压不平衡和负载变化的影响的不足,提出新的故障特征量——派克矢量轨迹椭圆度F_s。分析F_s和定子负序电流间的关系,运用非线性最小二乘法估计定子电压不平衡、负载变化和定子负序电流间的函数关系,以滤除定子电压不平衡和负载变化对F_s的影响。实验结果表明,该方法能够实现早期故障的精确辨识,对定子电压不平衡和负载变化具有鲁棒性。

基于PSO优化核主元分析的海上风电机组运行工况分类

海上风电机组运行环境复杂多变,对其工况进行分类可以提高机组运行健康状态评价的准确性,为制定合理的运行维护策略提供可靠依据。提出一种基于PSO优化核主元分析(KPCA)的多参数工况分类方法。针对核函数参数难以确定的问题,综合考虑类内散度和类间散度构建优化核参数的适应度函数,应用PSO算法对其进行寻优,将优化后的KPCA用于数据的特征提取,在此基础上采用模糊C-均值聚类(FCM)建立分类模型。通过对UCI数据库中的三组实验数据进行分类验证了该方法的有效性。最后,应用该方法对某海上风电场实测数据进行工况分类,并与PCA+FCM、KPCA+FCM两种方法进行比较。结果表明,提出方法的分类结果优于其他两种,能够得到清晰准确的分类结果,利于分工况建立准确的机组运行健康状态评价模型。

基于变分模态分解的风机滚动轴承早期故障诊断

针对海上风电机组滚动轴承故障多且早期故障特征难以提取的问题,提出了一种基于变分模态分解的滚动轴承故障诊断方法。从频率方面研究了模态分量个数对信号特征信息的影响,提出故障特征信息提取时确定分解个数的一般原则,据此确定滚动轴承早期故障振动信号的分解个数并得到若干模态分量,从中筛选出最佳模态分量进行包络解调分析,最终通过对比包络谱特征频率对滚动轴承进行早期故障诊断。

双馈风电场VSC-HVDC系统接入弱电网的控制研究

由于大型并网风电场有功功率与无功功率的波动导致风电场并网母线及受端弱电网系统的电压和频率不稳定,提出用电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的电压与频率控制模型控制风电场并网母线的电压和频率。建立风电场经VSC-HVDC并入大电网的电力系统数学模型,详细设计VSC-HVDC的变流器WFVSC(风电场侧变流器)和GSVSC(电网侧变流器)控制环节,在电压和功率外环及电流内环双环控制的基础上,加入频率控制,以解决电网频率发生改变时,双馈变速风机无法对电网提供频率响应的问题。建立相同条件下高压交流(HVAC)并网的模型进行比较,仿真分析风电场风速波动和风电场出口端三相短路故障两种情况下的并网点(PCC)电压与频率变化,仿真结果验证了该控制模型的正确性和有效性。

基于风电机故障的电力系统运营风险评估及保险转移的研究

风电机故障导致的系统电力缺额会给系统运营带来经济损失,目前由系统运营部门承担。为实现风险转移,建立了风电场风电机故障概率出力模型,并考虑了风电场风电机故障下电力系统运营的风险,通过对风电机故障条件下电力系统的蒙特卡罗抽样仿真,计算了不同负荷条件下电力系统运营调度的经济风险,并制定相应的保险转移机制。为全面评估风电的经济价值和风电场的规划设计提供了参考,并为风电场风电机故障风险转移提供了一种可供选择的方法。

改进的LMD及在齿轮故障诊断的应用

作为机械传动系统的关键部件之一,齿轮的工作状态直接影响设备的性能,其故障在传动系统故障中占有很大的比例。针对齿轮故障信号大多为非平稳调制信号的特点,提出一种基于样条和边界特征延拓的改进LMD算法,通过采用三次样条插值,对信号的上下极值点进行插值以获得上下包络线,并采用边界局部特征尺度延拓的方法以减少端点效应问题,提高了分解精度和计算效率。仿真信号和实验平台故障数据的仿真研究表明,改进LMD算法分解后的PF分量与理想值相比误差更小,分解时间更短,能准确地分析出齿轮的故障特征。

弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒重复控制策略

弱电网下的并网逆变器需要较强的鲁棒性、较高的稳态精度和一定的动态响应能力。常规的电压前馈技术可以有效抑制电网电压谐波,但会破坏弱电网下并网系统的稳定性,而单独的比例(P)控制在电网阻抗增大时会造成系统的稳态误差增加。为解决上述问题,提出一种应用于弱电网条件下,由P控制和重复控制(RC)并联的鲁棒重复控制(RRC)策略。该策略既保留了P控制的快速性与RC的稳态性能,又提升了电网阻抗增加时系统的鲁棒性。最后经过实验验证,表明了所提方案的有效性和可行性。

基于阻抗分析的LCL型并网逆变器相角补偿控制

弱电网条件下,电网阻抗的存在会增加并网电流的谐波含量,甚至造成光伏并网逆变器不稳定。该文以三相LCL型逆变器为研究对象,以阻抗模为出发点,使用阻抗稳定判据分析弱电网在常规电流控制方式下的系统稳定性降低机理,提出在电容电流前馈支路上附加超前校正网络的相角补偿控制策略,通过提高系统输出阻抗的相角提高并网逆变器稳定性。仿真结果表明,该方法可有效解决较高电网阻抗带来的失稳现象,并具有良好的稳态性能和动态响应能力。

基于VSC-HVDC风电并网系统风电场侧故障下系统低电压穿越能力研究

针对经柔性直流输电(VSC-HVDC)并网的风电场,风电场侧故障易造成风机脱网的问题,提出了一种新型无功控制策略。该策略能充分利用故障两侧的无功源,即双馈风力发电机(DFIG)与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFSVSC)来提供无功支持,实现低电压穿越。采用DIgSILENT软件进行仿真,仿真结果表明该控制策略能有效减小故障恢复期间的电压波动,缩短故障恢复时间,具有更好的低电压穿越能力。

海上风电机组的在线监测与故障预警

从海上风电机组的故障诊断与状态监测技术出发,对故障进行了统计,给出了状态监测的主要参数,从中选取温度参数作为分析对象.通过温度时序图分析,分为正常运行、故障形成、即将发生故障3种状态进行监测,采用神经网络与遗传算法相结合的方法进行了故障诊断.结果表明,通过温度变化可以预知风电机组即将发生故障,便于及时预警并采取预防措施.

一种新型的水上大口径钢管桩自平衡法试验

介绍了新型自平衡法试验原理。应用该方法时,先将专用接头焊接在钢管桩自平衡点处随桩一起打入,测试时清除荷载箱接头上部泥土,将伸缩式荷载箱安装在接头处,从而实现钢管桩自平衡法加载。基于钢管桩新型自平衡法试验,对在上海市东海大桥海上风电场1.7 m的大直径钢管桩承载特性进行分析,成功获得了大口径钢管桩总承载力以及侧摩阻力与端阻力,取得了较好的测试效果和经济效益。

海上风机结构周围冲刷数学模型研究

基于开源程序OpenFOAM和动网格技术,利用切应力平衡法建立水流作用下的海上风电基础局部冲刷数学模型。通过模拟结果与实验数据的对比发现,所建立的冲刷数学模型能够合理反映圆柱型单桩基础周围的水流结构,冲刷深度与实验结果吻合较好。