风电机组叶尖净空分析与控制

针对目前在兆瓦级风电机组大风轮、柔叶片的发展趋势下叶尖净空的问题日益凸显,提出了一种有效的净空控制策略,并设计了一套叶尖净空监测与控制系统。首先基于风轮的空气动力学特性分析了叶尖速比和桨距角对推力系数的影响;然后根据分析结果提出了不同风速下叶尖净空控制策略,且设计了控制算法;同时基于大量仿真数据的分析结果,得到了一维和二维的叶尖净空阈值与净空危险阈值;最后以某2 MW机组模型仿真了净空控制算法策略对叶尖净空距离的调节效果,验证了算法的有效性。

南非风电场有功储备模式下的功率滚动平滑控制

以风电场有功和无功功率指令跟踪为控制目标,以风电机组设计极限和机端电压为约束条件,提出有功储备模式下考虑场内电压稳定的风电场功率分配方案,结合超短期风功率预测,实现风电场功率的高精度滚动控制。该文的控制策略成功应用于南非245 MW功率波动,提高场内电压稳定,保障该风电项目顺利通过南非电网公司的现场测试并进入商业化运行。

风力发电机主轴轴承加速寿命试验研究

主轴轴承是风电机组核心零部件之一,为保障机组可靠运行,防止轴承发生早期失效,在机组正式投入使用前,需要通过轴承加速寿命试验进行验证。以典型风电机组载荷为研究对象,分析了轮毂中心各方向载荷特征和分布规律,提出一种将工况载荷简化为试验载荷的等效方法。另外,虽然加速寿命试验可以通过提高试验载荷来缩短试验时间,但载荷超过一定限值会导致轴承发生塑形变形,影响试验结果判定,因此,基于轴承应力和载荷当量计算公式,通过逆向推导方式,完成轴承加速寿命试验过程中载荷限定条件的推导,并通过加速寿命试验对上述方法的有效性进行实际验证。

多通道一维残差卷积神经网络在风力发电机组轴承故障智能诊断中的应用

为提高卷积神经网络在风力发电机组轴承故障诊断上的准确率,本文对某2MW风力发电机组轴承故障数据,进行单通道及多通道、多种诊断网络模型、不同优化算法的故障诊断分析对比,提出将多个振动传感器的数据整合为多通道一维数据集,再使用一维残差卷积神经网络进行故障诊断。得出基于Adam优化算法的多通道一维残差卷积神经网络诊断准确率最高。因此,多通道一维残差卷积神经网络在风力发电机组轴承故障诊断中应用效果良好,能够准确的识别各类故障模式,为机组的安全、稳定运行提供了保障。

基于故障树和概率神经网络的风电机组故障诊断方法

风电机组各传动设备之间耦合性强，故障发生的原因复杂、多样，使用单一的故障诊断方法受自身的局限性影响，诊断效果不太理想。针对这一问题，通过分析风力发电机组转速故障数据及其影响因素，以风力发电机转速超限故障为例，提出一种基于故障树和概率神经网络的风电机组发电机转速超限故障智能诊断方法。首先，给出多层故障树构建方法，使用故障树分析法得到故障模式。然后，根据故障树节点关系规则和故障模式，提取风力发电机运行数据的特征值，建立概率神经网络的故障诊断模型，根据实际运行故障样本训练网络，将训练后的网络用于故障诊断。现场实验表明，基于故障树和概率神经网络算法对于风力发电机转速故障诊断准确率显著。

基于能量谱特征的变速风机振动调制信号的检测方法

风机运行状态评估是提高风机稳定性并降低运行成本的有效手段。为消除风机状态监测中时变风速对风机机械振动的时频特性的影响,引入无量纲希尔伯特-黄变换方法绘制信号的幅值及能量谱特性。为了保证振动信号调制特征提取精度的同时降低计算量,提出了一种根据希尔伯特-黄谱的振动调制信号周期特征的提取方法,以风机齿轮箱振动信号为对象进行了调制特征提取实验,并将提取结果与目前风机运行状态评估常用的傅里叶方法的结果进行了对比。

风电机组装配式超高钢混塔筒刚度鲁棒性分析

装配式超高钢混塔筒在设计阶段往往过度关注局部构件的承载能力及安全裕度,忽视了装配式结构存在的整体性、刚度及抗震性能差等问题。为找到对整体结构刚度影响大的接触面并加固处理,在局部构件满足承载力要求的前提下须对整体结构刚度鲁棒性进行分析。文章选取分段式和分片式两种不同技术路线的140 m高钢混塔筒结构形式进行分析。首先,对这两种钢混塔筒结构进行模态分析,获取初始前6阶自振频率;其次,计算结构单一接触面分别部分失效情况下的自振频率,获得接触面的重要性排序;最后,计算接触面按重要性逐一失效情况下结构最终的鲁棒值。结果表明:分片式钢混塔筒结构刚度鲁棒性优于分段式钢混塔筒;在混凝土段高度1/6,1/2及5/6附近(从底到顶)要避免设置接触面或设置加强连接措施。

双馈风电机组零电压穿越能力测试方案

为测试双馈风电机组的零电压穿越能力,取得行业认可的检测报告,以在运行的某2MW双馈风电机组为例,开展了基于澳大利亚电网标准的零电压穿越能力测试。通过对不同电压跌落故障期间转子电流(电压)的理论分析,明确了机组控制策略及硬件设备的技术改造方向,结合预测试结果,仿真计算了Crowbar组件过流能力和Crowbar电阻阻值,优化了Crowbar电路的部分设计,最终选定了可通过测试的技术改造方案,为双馈风电机组优化运行和技术革新提供了理论指导,也为优化其并网能力提供了借鉴。

基于BP-神经网络的风电主轴承故障预测

主轴轴承是风力发电机组关键的传动部件之一,运行工况特殊,速度低、载荷大,随机性强,需要同时承担径向力、轴向力、弯矩和冲击载荷。一旦主轴轴承发生失效,将造成高额的更换费用和发电量损失。实际应用来看,机组报出主轴轴承高温故障时,一般已经发生严重失效,如何对轴承故障初期的进行诊断,并提前采取一定的预防措施,是风电行业亟待解决的一个课题。本文提出了基于BP-神经网络的轴承故障诊断模型,实现了对主轴轴承的温度的预测和分析,并通过实例验证力模型的可行性。

考虑电磁暂态补偿的双馈电机低电压穿越控制及其机电安全分析

研究了考虑磁链暂态补偿技术的改进低电压穿越(LVRT)控制策略。在对风机进行有功无功控制的同时,通过对转子电流中的暂态感应分量的检测与控制,实现对定子电压跌落引起的定子磁场变化的补偿,改善了双馈电机的漏感对磁链暂态补偿控制效果的影响。建立了1.5 MW双馈感应发电机并网控制结构的MATLAB模型,并对此进行电磁暂态仿真。仿真结果验证了改进后的方法能够有效抑制双馈电机定、转子电流的峰值,提高双馈型风力发电机的LVRT能力。

风电机组基础环周边混凝土受力机理分析及基础加固

基础环在风电机组基础中得到了广泛应用,其中基础环周边混凝土存在开裂、冒浆等共性问题,需要深入分析混凝土的受力机理并寻求解决思路。首先,结合实际风机运行情况给出了基础环传递给周边混凝土的非均匀作用力形式,并解析了混凝土的应力场;其次,考虑在基础台柱混凝土外侧施加围压,对比分析施加围压前后混凝土的应力场及位移场的变化;最后,提出工程中实现加载围压的方案,并给出钢环的相关设计参数。工程算例结果表明:施加围压后,混凝土径向压应力会小幅增大,环向拉应力却显著降低,可以有效抑制裂缝的产生及扩展,同时还可增强钢筋与混凝土的黏结性能。研究成果可为风机基础加固治理提供参考建议。

叶片覆冰对风电机组关键结构安全性的影响

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某3.XMW风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型覆冰、未覆冰两种模型并进行计算。计算结果表明,叶片覆冰导致叶片和塔筒振动降低,翼型升力系数降低,阻力系数升高,发电功率降低,覆冰条件下的叶根、旋转轮毂中心、固定轮毂中心、偏航中心、塔筒底部极限载荷和等效疲劳载荷增大,最大累计循环次数降低,其中叶片挥舞载荷增幅最大。研究成果可为叶片覆冰时机组优化提供参考。

风力发电机组传动链调谐惯量阻尼器研究

借鉴调谐质量阻尼器的力学原理,提出风力发电机组传动链调谐惯量阻尼器（tuned inertia damper,TID）。通过结构、气动、控制多学科联合仿真,研究TID对传动链扭转方向的减振、降载效果。结果表明,TID可有效降低传动链扭转方向的疲劳载荷和极限载荷,且传动链低速轴侧比高速轴侧的降载幅度更大;同时有效抑制传动链扭转方向振动,改善发电机超速状况。TID在修复因疲劳、振动导致的传动链故障和老旧机组的寿命延长方面有一定的应用价值。

基于模态和传动误差的大型海上风力机传动链交互耦合式动力学分析

基于大型海上风电机组的分析模型,对传动链进行了交互耦合式动力学的研究。利用ANSYS与RomaxWind交互仿真分析风电齿轮箱在极限载荷和疲劳载荷下的受力情况;根据诸多国际设计规范,得出风电齿轮箱关键部件的安全系数满足要求。最后使用RomaxDynamics模块完成了一套基于模态和传动误差的分析方法并实测验证。分析和实测结果表明,该文所提方法可为兆瓦级海上风电机组传动链动力学分析提供一个全系统耦合的分析途径,具有工程实用意义。

发电机变更对双馈风电机组低电压穿越能力的影响研究

为了研究相同容量不同型号的发电机对双馈风力发电机组低电压穿越能力的影响,文章以实际运行的1.5 MW某型号风力发电机组为基础,通过对低电压穿越前后的稳态和暂态运行过程进行理论分析,论证了更换发电机的可行性,并对发电机更换导致的参数变化对机组低电压穿越能力的影响展开了定量研究。建立经过第三方认证的机组Matlab/Simulink数学模型后,将两种型号的发电机等效电路参数送入模型进行仿真,取得反映机组运行状态的主要技术指标。通过对比分析,明确了发电机变更对机组低电压穿越能力影响的定性结论,为工程实际提供了理论指导,也为目前风力发电机组低电压穿越能力检测方法的改进工作提供了思路。

风力发电机组液压制动系统测试平台研究

文章针对风力发电机组主机厂对液压制动系统缺乏有效试验手段的问题,介绍了一种自主开发的风力发电机组液压制动系统测试平台。测试平台采用模块化设计,主要由液压动力单元、通用及定制化阀组、高速轴及偏航制动器执行机构等部分组成,同时平台集成了NI采集和控制软硬件系统,实现对试验数据的高速采集、分析与处理。通过模拟风力发电机组高速轴制动和偏航制动过程,测试平台测得的压力、流量和位移数据与机组实际运行工况相符,满足设计要求,验证了其有效性。测试平台可以为风力发电机组液压制动系统的改进和优化提供可靠的试验保证。

风力发电机组塔筒地震载荷计算

建立3种不同精细程度的风力发电机组有限元模型,开展模态分析;采用振型分解反应谱法计算塔底地震载荷。结果表明:考虑叶片的柔性后,塔筒模态频率降低,塔底地震载荷总体上减小;考虑土-结构相互作用后,塔筒模态频率进一步降低,塔底地震载荷增大,这是因为塔底地震载荷同时受模态频率和模态振型的影响,模态振型的变化使模态参与因子增大,覆盖了模态频率对地震载荷减小的贡献;塔底地震载荷随地基刚度的变化呈无规律状态,当地基刚度取某个值时,塔底剪切力或弯矩会达到最大值,设计时应予以避免;叶片和土-结构相互作用对塔底地震载荷有重要影响,在建模和计算时应当考虑。

不同比例钢-混凝土段对大兆瓦风电塔架结构的影响

为了研究不同比例钢段和混凝土段对陆上风电机组钢-混凝土组合式塔架振动频率、塔顶位移、不同塔架截面(塔顶、过渡段和塔底)结构载荷的影响,对某3.XMW-156-140HH陆上风电机组(钢-混凝土组合式塔架)在混凝土段高度分别为112.51 m、113.51 m、114.51 m、115.51 m、116.51 m条件下,基于IEC 61400-1标准,通过仿真软件建立该机型五种钢-混凝土组合式塔架模型并进行计算,根据计算结果可知:增加混凝土塔架高度导致静态和动态频率升高,整体塔架刚度增大,避免叶轮与塔架发生共振现象,且导致塔架顶部位移量减小;混凝土段高度的提高,造成塔底弯矩载荷增大、扭矩减小,塔顶和过段段截面载荷降低。因此,根据不同比例钢段和混凝土段条件下塔架参数变化的定量计算,为钢-混凝土组合式塔架的设计优化提供科学参考。

面向风力发电机设计的产品配置管理研究

提出了在风力发电机研发过程中如何通过静态要素和动态要素来实现配置管理的方法。建立了产品配置流程模型,将风机从单一产品研发变形为产品族的研发,在确保产品结构完整性和准确性的基础上,减少重复设计。最后通过各风机平台的型谱图实例验证了该方法的可行性。

关于风电齿轮箱的设计技术分析

随着社会经济的快速发展,我国每年所耗费的能源数量快速上升,这也造成了全国范围内能源紧缺现象。当前人们逐渐重视对可持续资源的开发利用,使得近些年来风力发电技术迅猛发展。在风力发电技术中,水平轴风力发电机是最为重要的一个技术环节,但是由于风电齿轮箱在运行中故障率较高,因此风力齿轮箱设计与制造技术一直都是困扰我国风电行业发展的瓶颈之一。本文主要结合当前大型风电齿轮箱的发展现状及发展趋势,探讨了现阶段大型风电齿轮箱出现的问题及研究现状,最后结合实际情况阐述了大型风电齿轮箱载荷分析及处理措施。