海上风电运行维护策略研究

海上风电场运行维护费用约占总发电成本的25%~30%,这在一定程度上制约了海上风电产业的发展.分析了海上风电运行的维护成本,阐述了计划维护、状态监测、事后维护等海上风电机组的维护策略,并对比其优劣,对后续研究方向进行了展望.     

基于条件云的时变故障率模型及其在可靠性评估中的应用

电力系统通常采用常数故障率模型进行可靠性评估,常数故障率模型虽然结构简单、计算量小,但忽略了天气因素的影响,无法反映系统可靠性的真实水平。针对常数故障率模型的缺陷和可靠性统计数据的不足,提出了一种基于条件云的时变故障率模型。首先定义了适当的隶属度函数,使用X条件云模型完成风光出力到天气条件的转化。然后使用半降尖Γ云模型,对天气条件与天气影响因子之间的确定性关系进行模糊化,使用Y条件云模型完成天气条件到天气影响因子的转化。在条件云模型的基础上,根据云模型的不确定性推理规则,由t时刻风光出力推测对应时刻的天气影响因子,对采用威布尔分布模拟的时变故障率模型进行修正。最后结合比利时瓦垄地区风电场和光伏电站出力数据进行云模型构建和发电系统可靠性评估。该模型能够更好地模拟系统运行的实际状况,提高可靠性评估的准确性。     

考虑海底电缆的海上风电场动态感性无功补偿

为补偿海上风电场的海缆产生的大量容性无功,提出了一种海上风电场动态感性无功补偿方案:在海上升压平台安装小容量投切电容器,保证了双馈风力发电机组额定运行时的无功需求,并使风电场的无功需求总是呈感性;同时在陆上高压侧安装磁阀式可控电抗器(MCR)进行集中补偿,避免了海上平台安装动态无功补偿装置.通过对在陆上安装的MCR和双馈风力发电机组的无功协调控制,保证了并网点的无功和电压,提高了风电场的可靠性.最后以滨海风电场仿真计算表明上述无功补偿方案的可行性和有效性.     

风电场运行维护管理系统的设计与开发

为了实现大型风电场运行维护管理的系统化、自动化和简便化,讨论了大型风电场运行维护管理系统的功能设计,并用visio绘制出风电场运行维护管理系统的业务流程图和平台功能结构图;在编码阶段,平台采用Web三层架构的B/S设计模式,GXT2.0实现用户交互界面的开发和JavaScript完成验证、EJB3.0中间件技术实现业务逻辑层的开发、oracle数据库实现风电场数据的存储以及集成Flex和JBPM流程管理框架。最终完成海上风电场运行维护管理系统的开发。     

考虑工频过电压的海上风电场无功配置优化方案

工频过电压是威胁线路安全稳定运行的重要因素。可以利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP对海上风电场系统及其送出线路进行建模,对工频过电压进行计算和分析。研究表明：0.97 p.u.、1.00 p.u.、1.07 p.u.3种情况下过电压水平均与线路长度成正比;系统侧甩负荷时过电压水平远大于风场侧甩负荷。对海上风电场中变压器、海缆、风电机组的无功损耗进行分析,结合对过电压的计算和分析以及相关标准规定,提出了一种简单实用的海上风电场无功配置方案。该方案可满足对工频过电压的限制,且可满足风电场无功需求。     

海上风电与海蓄联合运行多时间尺度优化调度方法

针对沿海地区海上风电入网给电力系统安全稳定运行带来的挑战,提出一种海上风电与可变速海水抽水蓄能电站联合运行系统多时间尺度优化调度方法。首先,基于海上风电特性的研究建立了弹性电价优化模型。其次,日前阶段以运行成本最小为目标、以运行安全为约束,协调优化海蓄机组的出力;实时阶段基于海上风电超短期预测修正海蓄出力,减小联络线功率波动。该方法以不同时间尺度的预测数据为基础,通过层层递进滚动优化的方式,兼顾安全稳定与经济效益的同时提高了风电外送能力。以实际海上风电场为算例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

海上风电过电压及无功补偿问题研究

提出一种新的海上风电并网过电压及无功配置问题的动态研究方法。利用DIgSILENT PowerFacotry软件建立海上风电场模型,包括风电机组、海缆、变压器及相关的控制策略。利用时域仿真方法分析不同风速条件下风电场的有功、无功及电压特性,根据时域仿真的结果,配置无功补偿装置,调整、改善风电场电压及无功特性。通过时域仿真方法对无功补偿配置方案的效果进行验证。     

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、实时性洽可靠性高的要求,才能保证对风电场的统一管理、运营及维护.     

耦合风电场参数化模型的天气预报模式对风资源的评估和验证

为了验证耦合风电场参数化模型的天气预报模式（WRF-WFP）对大规模风电场风资源特性评估的准确性,以我国河北省张北县百万千瓦风能基地为研究对象,分别采用耦合与未耦合风电场参数化模型的天气预报模式开展相关的模拟试验,利用在平坦及复杂地形场区的测风塔的观测数据对风速及其概率密度函数分布以及风向进行验证分析. 研究结果表明：耦合与未耦合风电场参数化模型的天气预报数值模式对风资源特性的评估均有较高的可靠性,且对平坦地形区域的模拟精确性优于山地地形区域;由于前者考虑了风电场的尾流效应,对风速预测的精确性比后者高约4.5%. 该数值模式可为风能丰富地区的风电场微观选址、大规模风电场的运行特性及其对大气边界层影响的评估提供可靠的技术支撑.     

广东省海上风电场选址制约因素探讨

近年来,海上风电场的发展十分迅速,本文以广东省为例,介绍了广东省海域开发利用现状及海洋功能区划,分析了海上风电场规划选址的难点及并提出相应的建议,为海上风电场选址提供了参考依据.     

基于部件更新的海上风电场备件数量优化

海上风机重要部件价格高昂,备件数量配置不合理会导致风机可用率低,成本增加。为了合理确定备件数量,提出了基于部件更新的海上风电场备件数量优化方案。首先,针对部件复杂的劣化过程引入不定期检测策略,运用时间延迟理论优化部件维护策略,得出了部件的更新周期。其次,考虑备件的循环利用,以提高部件可用率为目标,构建基于部件更新的马尔科夫过程。最后,通过算例仿真,证实了该方法有助于合理配置备件数量,降低备件管理成本。     

基于层次分析法的海上风电机组部件重要度评估

以某海上风电机组为例,给出了确定机组部件重要度的评价指标,结合海上风电机组的结构以及专家的判断,将定性指标与定量指标相结合,利用层次分析法确定了海上风电机组的部件重要度排序.算例分析中,运用所述方法对某海上风电场的机组进行分析,得出了该机组部件的重要度排序.     

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Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析

为了确保风力机叶片安全可靠运行,对其进行了旋转工况下的应力分析.以UG建立的叶片实体模型为研究对象,运用更加贴近实际工况的Davenport风谱建立了近海风场,利用Newmark法求解了结构运动方程,并在与文献试验结果对比的基础上,数值模拟了叶片应力分布.研究结果表明,风力机叶片的位移响应与应力响应幅值均随来流风速的增加而增加,旋转速度和来流风速均对叶片在相对弦长和相对翼展方向上的最大mises应力变化趋势有明显影响,该结果可以为风力机叶片优化设计提供参考.     

我国海上风电机组的现状与发展趋势

随着风力发电技术逐步走向成熟,海上风电占比不断扩大,掌握海上风电机组的现状与发展趋势,有助于加快我国海上风电的部署。结合已有的研究成果,综合考虑了我国海上风电机组的容量变化、海上风场分布等因素,对海上风电机组的现状与发展趋势展开了分析。结果表明,我国未来将会向更大风力发电机组容量和更深海域发起挑战。海上风电技术的发展将呈现机组吊装便捷化、叶片制造技术以及传动系统性能持续改善、传统三相海上风电机组向多相化海上风电机组转变、漂浮式基座和输电环节不断创新、数字化和人工智能投入应用的趋势,并在新的发展趋势下提出了对策和建议。     

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.     

海上风电场接入上海电网的无功优化研究

根据未来崇明岛、北支厂址两个海上风电场接入上海崇明地区电网的规划,研究了海上风电场接入崇明地区电网后的无功优化问题,并提出了以提高区域节点电压质量和降低网络损耗为目标的多风电场无功优化粒子群算法。最后,通过MATLAB软件编写了无功优化程序,算例结果验证了所提出优化算法的有效性和可行性。