机舱平台有限元计算

采用有限元方法首先系统计算了Ⅰ型、Ⅱ型机舱主平台在不同载荷作用下的结构应力,详细论述了应力分布特点及随结构尺寸、载荷等的变化规律。然后计算了平台左、右连接方案,以及螺栓预紧力和拉杆拉力等对平台结构变形的影响,提出了合理的平台安装工艺流程。

前进中的新疆风力发电事业

本文介绍了新疆风能资源及其利用情况。新疆是我国风电建设和发展较早和较快的省区。其风电场的建设和风力发电机的制造均走在全国前列。

风电机组齿轮传动系统高速级轴承动态特性

为解决风电机组齿轮传动系统高速级轴承运行工况复杂及动态特性难以准确描述的问题,以某风电机组为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度、齿轮啮合误差与随机风载等因素的影响,建立了风电机组齿轮传动系统的齿轮-轴承耦合动力学模型;采用威布尔分布法建立随机风速模型,模拟计算实际风场的风速并进行试验验证,通过Newmark积分法求解轴承在随机风载下的时变载荷与转速;基于显示动力学法建立高速级轴承有限元模型,通过对比振动加速度的仿真值与试验值进行验证;分析了随机风载下及均值条件下轴承的动态接触载荷、接触应力以及质心运动轨迹的变化规律。结果表明:在随机风载作用下,滚子的动态接触载荷在承载区内呈现出“提前承载,滞后退出”的形式,内圈接触载荷在非承载区内的波动明显;保持架与滚子呈现连续的碰撞接触,二者的接触载荷波动较大;内外圈与滚子之间碰撞次数增加,应力脉冲的频率增大,轴承质心运动轨迹平稳下降。

某大型永磁直驱风力发电机低挥发份型绝缘系统开发及评估

传统的风力发电机绝缘系统在真空压力浸渍工序中,会产生较多的挥发物排放,极大地污染了环境,亟需开发一款生产过程中低挥发份的绝缘系统,在满足风电高可靠性要求的前提下,解决空气污染问题。本文通过对风力发电机组全运行工况和设计边界的分析,对应力因子进行了全范围筛选和调研。从TEAM四种类型的应力中确定了关键影响因子和劣化参数水平,其中应力关键影响因子是热机械应力和潮湿应力。然后,构思与设计了模拟试验规程,将新开发的绝缘系统与已经运行超过10年的基准绝缘系统进行平行对照试验,将对照结果作为横向判定依据,同时设定最低绝对值指标作为纵向性能标准。在低挥发绝缘系统的局部模型经历了12周期冷热冲击及浸水试验后,对其电气性能和工艺匹配性进行评估,得出该绝缘系统可耐受热机械应力和潮湿应力的结论,且发现在该应力和热态环境下的电气绝缘性能等同甚至优于基准绝缘结构。

大型永磁同步风力发电机定子温度场研究

根据传热学原理建立了金风62/1200kW型永磁同步风力发电机的二维稳态温度场数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件,以一对磁极为计算区域计算发电机定、转子温度场。计算出了发电机运行达到的最高温度以及所在的具体部位;并计算了由于铁心和绕组绝缘材料的导热系数提高对温度场的影响。计算结果与现场实测结果相接近,验证了计算方法的正确性。该结果为发电机设计、运行温度监控部门提供了参考数据,也可作为故障诊断的重要判据。

中外风电规程关键技术要求研究及其探讨

文中研究了当今世界重点风电市场区域的风电场/风力发电机组接入电网技术规定,归纳并分析了风力发电机组设计所需要考虑的风电接入电网技术要求,如有功功率控制、无功功率控制、低电压穿越、高电压穿越、电网适应性、电能质量;同时以风电机组低电压穿越特性为案例,重点探讨了3种主流风电机组低电压穿越能力与电网之间的相互影响,以及各类风力发电机组低电压穿越特性的基本解决思路,对风电场运营部门和电网调度部门有一定的参考价值。

直驱式永磁同步风力发电系统的并网控制

本文针对新疆金风公司1.5MW直驱式永磁同步风力发电系统,采用多变流器并联的方式,应用基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,实现并网逆变控制。仿真实验结果表明,采用该控制策略实现了独立调节系统输出的有功功率和无功功率,注入电网的电流为正弦波,馈入电网的谐波畸变率很小,且系统具有良好的动静态性能。

考虑风切和塔影效应的风力机风速模型

首先利用流体力学理论和指数(赫尔曼乘幂)公式推导并建立了三桨叶风力机扫风平面内含塔影效应及风剪切的风速模型,然后对此模型进行了化简,并对模型中各个参数的选择及模型的使用范围做出了解释,最后用Matlab软件对所建立的风速模型进行了对比和分析。该模型考虑了塔架半径、悬垂距离、叶片半径、轮毂高度、轮毂处风速、风剪切系数等因素。结果表明塔影效应相比风剪切对不均匀风速场的贡献更大。该模型简洁有效,适用于电力系统中时域的风力机仿真,为风力机扭矩、风力机控制、风力机载荷等相关研究打下基础。

运行风电场内局地湍流变化分析方法及其影响探讨

利用风电机组运行风数据结合常规测风塔和激光雷达观测风数据,对机组运行风数据进行相关性分析和检验,建立机组机舱湍流强度的计算方法和适用范围。研究表明,基于机舱风数据计算的湍流强度大小虽不能代表机组实际湍流的绝对值大小,但对于简单平坦地形,不同机组机舱湍流强度的相对变化,可作为评估风电场微观选址设计机组尾流影响程度的参考标准之一;对于复杂地形,不同机组机舱湍流强度的差异能很好表征不同地形下环境湍流的差异及对机组实际运行功率的影响。

兆瓦级风电直驱型发电机噪声控制

通过实验测试和理论计算,对兆瓦级风电直驱型发电机结构音调噪声的产生机理、声源的位置和传递路径进行分析。结合发电机的实际结构,设计减振降噪方案,研发相应的多层复合阻尼材料和吸声材料,并通过一台实际机型,开展噪声控制方案的实施和评价,相比原发电机,其主要音调噪声从96 d B(A)降低到83.4 d B(A),从而有效提升该机型海外市场的竞争力。

含褶皱缺陷玻璃纤维增强复合材料层合板拉伸渐进失效分析

为研究褶皱缺陷对玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板拉伸性能的影响,采用Abaqus有限元软件,结合USDFLD子程序,建立含褶皱缺陷的玻璃纤维增强复合材料层合板渐进失效分析模型。通过数值仿真分析方法对含褶皱缺陷层合板在拉伸载荷作用下的强度退化和渐进失效过程进行研究,分析褶皱高宽比对层合板拉伸性能的影响。结果表明:拉伸强度预测值以及损伤初始位置与文献中实验结果吻合较好,验证了建立的仿真分析模型;随着褶皱高宽比的增加,拉伸失效载荷和强度显著降低;在拉伸载荷作用下,在褶皱变形区域与富树脂区域相接的铺层位置存在应力集中;层合板损伤由富树脂区域逐渐向褶皱变形区域扩展,最终在褶皱变形区域完全失效;受褶皱影响,层合板在拉伸过程中发生弯曲变形,在线弹性阶段,相同载荷条件下变形随着褶皱高宽比的增加而增加。

褶皱偏移角度对玻璃纤维复合材料层合板拉伸性能的影响

为了考察褶皱偏移角度对玻璃纤维复合材料层合板拉伸性能的影响,通过参考美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)D3039标准开展了含不同褶皱层数的玻璃纤维复合材料试验件拉伸性能测试,并基于三维Hashin失效准则和渐进损伤失效理论建立了有限元强度预测模型,得到试验结果与数值仿真。研究了不同褶皱偏移角度下对层合板应力应变、强度以及破坏模式的影响。结果表明:试验结果和仿真结果吻合度较高,验证了建立的有限元分析模型正确;无偏移角度的试验件和不同偏移角度的试验件应力-应变曲线均在起始阶段曲线呈线性增长,但无褶皱试验件明显可承受的形变更大,90°褶皱偏移角度试验件可承受应力与应变最小。对于不同褶皱偏移角度对拉伸强度的影响,发现随着褶皱偏移角度的减小,层压板的抗拉强度也随之减小;通过以褶皱偏移角度为60°的褶皱仿真模型为例,进行渐进损伤失效过程分析可知,其最终失效模式均主要集中在褶皱富树脂区域和纤维起皱处,与拉伸实验现象相一致。

大型永磁同步发电机在风力发电中的应用

由于永磁发电机具有结构简单、高效率、免维护等优势,逐渐在大型风力发电机上得到了广泛的应用。本文首先对永磁发电机在国内外的应用情况进行了介绍。然后对目前市场上的三种主流风机技术方案进行了对比,分析表明直驱式及混合传动这两种技术方案具有广阔的发展前景,而永磁发电机应用于在这两种技术方案中,具有明显优势。对应于永磁发电机的技术优势,本文又对其设计与工艺难点进行了阐述。最后,本文对金风科技已批量化生产的1.5MW风机使用情况及正在研制的2.5MW、3MW永磁发电机的技术特点和运行情况进行了介绍。

天山中部天山云杉林土壤种子库与地上植被的物种相似性

【目的】天山云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)林是天山山地最主要的地带性森林植被,为新疆绿洲生态系统的生命之源,对水源的涵养发挥着不可或缺的重要作用。通过对天山北坡中部头屯河上游海拔1 750～2 750 m高度天山云杉林土壤种子库的采样和地上植被的调查分析,旨在深入了解二者在物种组成上的相似性程度,以期为天山森林生态系统的保育与恢复提供科学依据。【方法】采用土壤种子库采样与地上植被调查一一对应的方法和Jaccard相似性系数。【结果】从天山云杉林土壤种子库中共萌发鉴定出种子植物53种,隶属24科43属,从其地上植被调查中共鉴定出种子植物58种,隶属27科49属,二者共有物种43种。在1 750～2 750 m的10个海拔高度(梯度100 m)上,土壤种子库与地上植被物种组成的Jaccard相似性系数分别为0.35、0.31、0.30、0.29、0.30、0.26、0.23、0.22、0.21、0.18,均值为0.27。【结论】天山云杉林土壤种子库与地上植被的物种组成相似性不高,且随着海拔高度的增加,其相似性呈现减小的趋势。

天山中部不同年龄和海拔高度天山云杉天然更新幼苗茎干功能性状

[目的]了解幼苗茎干功能性状随年龄增大和海拔高度增加的变化特征,揭示幼苗生长的环境适应策略和最适宜的海拔高度,为天山云杉天然更新幼苗的经营管理提供科学依据.[方法]采用物理和化学分析的方法.对天山北坡中部头屯河上游不同年龄（1～10 a）和海拔高度（1 750～2 750 m）天山云杉（Picea schrenkiana Fisch.et Mey.）天然更新幼苗茎干氮含量（SNC）、磷含量（SPC）、钾含量（SKC）和比茎密度（SSD）的采样进行分析.[结果]SNC、SPC、SKC总体呈现随着幼苗年龄的增大而减小;1～7a天山云杉SSD随着幼苗年龄的增大而增加,7～ 10 a SSD则随着幼苗年龄的增大而减小.SSD、SNC、SPC、SKC随海拔高度的增加变化各不相同.不同海拔高度天山云杉天然更新幼苗茎干SNC与土壤全N含量呈显著（P＜0.05）负相关,SPC与土壤全P含量呈极显著（P＜0.01）负相关,SKC与土壤全K含量相关性不显著（P＞0.05）.[结论]天山云杉天然更新幼苗茎干SSD、SNC、SPC、SKC均随年龄增大和海拔高度的增加而变化.幼苗在更新初期（1～4a）更注重高生长,而在后期（5 ～ 10 a）则采用稳定植株体结构的环境适应策略.天山北坡中部2 200 m海拔高度附近具有天山云杉天然更新幼苗最适宜生长的环境条件.

风电机组变流器立式水冷板的设计与仿真研究

针对兆瓦级风电机组变流器的散热问题,该文通过对变流器中主要热源绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的传热方式进行分析,设计立式水冷板散热装置,建立散热装置的简化模型,并利用有限元法对其进行传热学仿真分析。仿真结果表明:当热源初始温度设定为86.85℃,循环泵在低功耗下运行,此时流体的入口流速在1~2 m/s之间,热源的最高静温度为34.65℃,总体温度下降52.20℃。

风电齿轮箱高速轴轴承疲劳寿命及动态可靠性分析

为探究风电机组齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承在服役过程中的疲劳寿命和可靠度变化规律,以新疆达坂城风场年度风载荷为外部激励,建立基于威布尔分布的随机风速模型及考虑内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度等激励因素的风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过Newmark积分法求解高速轴轴承动载荷。运用雨流计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,结合线性损伤理论和非线性损伤理论的对比,获得轴承的接触疲劳寿命和动态可靠度。结果表明:额定功率下,在外部随机风载激励和内部齿轮-轴承耦合共同作用下,内激励仍然对系统高速轴轴承动载荷起主要作用。与线性损伤累计理论相比,非线性损伤累计理论考虑载荷加载的顺序效应,能更好地描述轴承在整个疲劳寿命过程中各阶段的疲劳损伤情况。轴承在服役过程中,前15年的损伤较小,可靠度衰减缓慢,而在后期可靠度呈现出非线性迅速下降趋势,应及时调整维护策略。

风电场不同高度的50年一遇最大和极大风速估算

风电场50年一遇最大和极大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标,也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一。该文重点从气象学角度,结合我国风电项目开发的实际情况,提出5 d最大10 min平均风速取样法,用Ⅰ型极值概率分布来估算风电场不同高度50年一遇最大风速;以附近气象站长期的历年最大风速及与风电项目内测风塔同期的逐日最大风速资料,修正所得结果。再以实测到的大风速段的最大阵风系数,推算风电场不同高度50年一遇的极大风速。并利用内蒙古巴彦淖尔市乌兰伊力更风电场300 MW项目1年的实测风资料及内蒙古乌拉特中旗气象站的测风资料,估算乌兰伊力更风电场内不同高度上50年一遇的最大和极大风速。

风氢耦合并网系统能量管理控制策略

针对风氢耦合发电系统的燃料电池和电解槽出力响应延迟问题,本文构建了一种风力发电机、燃料电池、电解槽和超级电容耦合于直流母线的结构。根据燃料电池、电解槽和超级电容特性,提出了一种能量管理控制策略,使燃料电池和电解槽能够缓慢地补偿/消纳风力机与负荷调度之间的功率差,超级电容能快速地平滑燃料电池和电解槽响应延迟引起的功率不平衡,确保并网功率与负荷调度一致。Matlab/Simulink仿真结果验证了风氢耦合并网系统能量管理控制策略的有效性,该策略提高了系统的风电消纳能力,降低了并网功率波动。

直驱式风电机组主轴系结构方案的分析与研究

使用Romax软件重点对两种直驱式风电机组主轴系的轴承寿命和承载范围进行了计算和分析。计算结果表明,双列圆锥滚子轴承存在两列滚子受力不均的缺陷,而使用两个直径较小的单列圆锥滚子轴承代替一个直径较大的双列圆锥滚子轴承作为主轴承是可行的。并从整机的角度对这两种轴系结构方案做了对比分析,对比结果表明,一个双列圆锥滚子轴承的主轴系比两个单列圆锥滚子轴承的主轴系具有更好的装配工艺性、机组可维护性和热特性。