沈阳华创风能自主知识产权风电设备产业化的策略

我国风电发展经历了20多年．虽然成就比较显著．但与国际风电行业的发展水平相比还有很大差距．特别是风电机组的基础研究、设计和生产制造．一直是中国风电产业发展的瓶颈。我国风电设备主要依靠进口．现在德国、美国、丹麦等几个世界级风机制造巨头订单已经排到两年以后．主要订货商都是中国的公司．这些设备价格昂贵．生产周期长。

变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制

为了最大限度的利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种不依赖于风速测量的最大风能追踪和转换策略。通过模糊逻辑控制器的设计得到低风速时发电机的参考转速,模糊自适应控制器作为直接转矩控制系统速度调节器的基本组成单元,从而使发电机转速跟踪风速。最后,利用Matlab软件对1MW双馈型风电机组的运行性能进行了分析和比较。仿真结果表明,在风速变化时,控制器可以使发电机转速跟踪最佳理论值,系统性能稳定,达到了预期的控制目标。

基于负载观测的最大风能跟踪控制

研究风力发电机风能优化控制问题,由于风轮系统存在非线性,为了实现最大化捕获风能,设计了基于耗散系统理论框架的L2范数优化鲁棒速度控制器,有效克服系统参数变化带来的系统不确定性的影响;并为克服大惯量风轮转矩变化对风速跟踪的不良影响,设计了一个负载观测器,在线观测风轮转矩,对风轮转矩的动态变化进行补偿,实现了风速动态跟踪控制,提高了风能转换效率。以1.5MW直驱永磁风电机组作为研究对象,进行了仿真,结果表明,控制策略可以有效地实现最大风能跟踪控制,并且对于干扰具有较强的鲁棒性,为风力发电优化设计提供了依据。

模糊控制在风能转换系统中的应用

提出了一种基于模糊控制风能转换系统的数学模型,实践证明这种数学模型组成的控制系统适合于非线性风能转换系统,文章给出该系统在FD24-200风电机组中实现的方式及风电机组实际输出功率曲线.

基于转矩观测的非线性最大风能追踪控制

针对非线性的风电系统,设计了基于耗散系统理论框架的L2范数优化鲁棒速度控制器,能够有效地提高系统的鲁棒性和快速性,但是不断变化的气动转矩限制了其实际应用。为了克服气动转矩突变对风电系统的不良影响,设计了一个自适应的转矩观测器,在线辨识系统转动惯量,进行精确的前馈补偿,从而大大提高了系统的抗干扰能力。以1.5 MW直驱永磁风电机组作为研究对象,进行了仿真和实验研究,结果表明该控制策略可以实现快速的风速跟踪,并且对于干扰具有较强的鲁棒性。

独立变桨距控制策略研究

为解决独立变桨距控制多输入多输出信号之间的耦合问题,侧重于研究独立变桨距的多变量控制技术。建立带卡尔曼滤波器的前馈–反馈线性二次高斯函数(linear quadraticgaussian function,LQG)最优控制,并对统一变桨距控制、独立变桨距控制的标量比例积分(proportional-integral,PI)控制、独立变桨距控制的多变量LQG控制3种情况下的载荷进行对比。结果表明:LQG最优独立变桨距控制比统一变桨距控制和传统的PI独立变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。

大型风电机组振动分析和在线状态监测技术

风力机是一个刚柔耦合的多体系统,作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使系统产生变形或振动,影响风力机的正常运行,严重时会导致风力机损坏,为此振动稳定性成为机组设计首要关注和解决的问题.从机组的振动原因分析入手,研究了主要振动源的动力学方程,对塔架进行了Campell共振图分析,用有限元分析方法计算出塔架的固有频率和振型,为机组设计提供了依据,通过在线振动监测手段验证了设计的有效性.

MW级风力发电机轮毂强度分析

轮毂是风力发电机中连接主轴和叶片的关键部件,承担抵抗风载、传递转矩的作用,对轮毂进行精确的强度分析尤为重要.采用联合分析的方法,利用BLADE风机分析软件和ANSYS有限元分析软件对SUT-1000型风机轮毂进行了强度计算,依据IEC风况标准得到了轮毂极限载荷,采用了MPC多点约束单元技术对结构作了等效简化处理,对连接螺栓进行了强度校核.分析结果表明:该轮毂及螺栓满足设计要求,经样机运行验证,该方法能够准确地反映轮毂受力情况,与理论估算相比具有计算精确、轮毂结构布局合理、重量轻等优点.

大型风力发电机组技术发展趋势

风力发电技术在20世纪90年代获得长足的进步,已发展成为新能源开发利用中最成熟的一门技术。并网型风电机组成为风电利用的最好形式,并向大型化方面发展。文章简要阐述了大型并网型风力发电机组在功率调节方式,发电机技术等方面的现状、发展趋势和研究方向。

大型变速风力发电机组总体设计中的几个问题探讨

针对大型变速风力发电机组总体设计中的几个关键技术问题进行了探讨,研究了机组的概念设计,在对几种驱动链结构机型进行对比的基础上,重点分析了目前国际市场上已商业化的基本驱动链结构和单永磁发电机直驱结构的风力发电机组的技术优势.以国家863“兆瓦级变速恒频风电机组”研制成果SUT-1000型机组为例,研究了发电成本估算问题及成本估算模型,提出了利用发电机成本模型优化风力发电机组设计参数的优化方法,并以发电成本最小为参数优化设计目标,对兆瓦级变速恒频风电机组的风轮直径进行优化设计,取得了较好的设计效果.

兆瓦级风力发电机组多段权系数独立变桨控制

为了实现风力发电机3个桨叶的独立控制,依据风力机空气动力学原理、风轮扫及面内风速风切特性和塔影效应,提出了基于桨叶方位角信号的多段权系数分配独立变桨距控制方法.根据每个桨叶的方位角信号判断出该桨叶所在的风速区域,选取此区域所对应的相关权系数对3个桨叶统一的桨距角进行重新分配微调,将统一变化的桨距角转化为每个桨叶独立变化的桨距角.系统模型仿真结果表明,该方法不仅可以使3个桨叶桨距角能根据其受风情况做出相应变化,实现3个桨叶独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶拍打振动,而且能够根据简化的风力机模型进行变桨控制,方法简洁、有效、容易实现.

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.

基于ANSYS的风力发电机机舱底盘的强度分析

机舱底盘是风力发电机的重要组成部分,它的结构是否合理将直接影响着整个风力发电机的平稳运行.机舱底盘不但支撑着主轴轴承座、增速箱、发电机等大部件,而且还受到周围空气对它的气动推力和阻力的影响.针对这个问题,采用ANSYS有限元分析软件计算了机舱底盘的静强度,根据计算结果进行了强度校核,满足了材料的强度要求.为了减小应力集中,提出了改进意见,在最大应力出现的地方适当加厚筋板,可使整体应力分布更加均匀,并且为以后的设计提供了科学依据.

基于BP神经网络的PID变桨距风电机组控制

针对变速变距型风力发电机组的液压驱动式变距执行机构,提出基于BP神经网络的PID变桨距控制方法,以解决变桨距机构的非线性、参数时变性、抗干扰、滞后性控制问题.分析了三种不同工况下的液压油路变化、数学模型和参数变化,阐述了BP神经网络的PID控制算法,并根据7.5 kW变速恒频试验机组液压变距机构设计数据进行仿真结果比较、分析.

风电场SCADA系统的数据传输技术

为了使设备与设备之间以及设备与电网之间有良好的数据传输能力,根据风电场上、下位机之间数据传输的特点,对适合于风电场SCADA系统的数据传输方式进行了分析研究.阐述了专门面向风电场监控通信的IEC 61400-25标准的体系结构和适用范围,其中重点阐述了风电场监控通信的信息模型和信息交换模型及其建模方法.研究表明,风电场SCADA系统的数据传输必须满足远距离通信能力强、实时性强、可靠性高的要求,才能保证对风电场的统一管理、运营及维护.

大型风电机组三维模糊控制器设计与仿真

为提高风电机组的响应速度,获得最大功率,现有大型风电机组普遍采用变速变桨距控制机构。但由于风速的随机性、风电机组参数的时变性和系统的非线性,造成风电机组输出功率的不稳定。根据传统PID控制系统的局限性和风电机组的特性,提出了三维模糊控制器,但多维模糊控制复杂的规则会严重影响系统的实时性。为了达到多维控制系统的控制品质,控制规则以表达式的形式给出,同时结合三元函数的Lagrange插值法,使系统输出的离散变量转变成连续精确的控制变量以提高控制精度。运用SIMULINK的仿真结果表明,三维模糊控制器显著地提高了系统的控制品质,其鲁棒性也明显优于PID控制系统。

基于成本模型法的1MW变速风电机组的参数优化设计分析

主要针对大型变速变距风力发电机组样机在产业化过程中如何以降低机组发电成本、提高经济性为目标对机组参数的优化设计进行探讨。首先阐述了发电成本的计算过程和成本模型法的基本计算规则,然后以国家863"兆瓦级变速恒频风电机组"研制成果SUT-1000的成本构成为例,分别对机组的主要设计参数即风轮直径和额定风速进行了优化设计和对比,并对依据经验确定的变化因子进行了敏感性分析,最后进行了同等容量约束条件下机组的参数综合优化设计,可适用于不同安装场址。

双馈风力发电机直接转矩控制的研究

详细研究了风力发电系统中双馈电机采用直接转矩控制的原理,在此基础上组建了由ABB公司的ACS 800-67作为控制设备的控制系统.在实验室中采用该控制系统对双馈电机进行现场模拟实验.由于ACS 800-67控制设备采用了直接转矩控制策略,因此对该设备的直接转矩控制器进行了研究.结合所研究的双馈电机直接转矩控制理论对实验数据进行分析,结果证明双馈电机直接转矩控制在风力发电系统中具有利用风能发电效率高、并网冲击电流小、并网同步速度快的优点.

兆瓦级风力发电机组的稳定性分析

建立了风轮转子/塔架系统的运动方程,并通过对该方程进行解耦分析得到了机组的振动模态。在对兆瓦级风力发电机组的振动模态计算、分析的基础上,给出了系统固有频率的最低点;系统工作转速与系统固有频率的交汇点;塔架的半径、壁厚与系统固有频率的关系。以上研究对我国自主设计兆瓦级风力发电机组提供了一定的理论依据。