风电机组效能和性能统一评估模型研究

风速和风向的不稳定、不确定性变化,使得风电机组难以保持稳定的风能转换状态,也直接导致了机组发电状态的不确定性.准确评估机组吸能与产能两种状态,对于制定生产、调度策略以及维护维修决策有着非常重要的意义.通过分析机组能量的转换过程,指出风电机组具有显性与隐性两种存在状态,并进一步研究风电机组效能和性能两种功能状态特性.采用云模型描述机组监测数据,应用云特征参数定量描述机组隐性状态的期望特性、偏离特性和离散特性,建立机组自有的、蕴藏在SCADA (Supervisory control and data acquisition,SCADA)数据中的、汇集机组效能与性能综合表现的隐性状态的评价模型.实现对机组不同风速、不同功率参数段局部评价和整个生产参数段整体综合评价,评估结果能为生产调度和维护维修决策提供依据,促进风电场科学、优化管理.最后,采用风电场现场监测数据验证算法的正确性和可靠性.     

差动调速的风电机组传动特性研究

对差动调速的新型风电机组的传动系统调速原理、总体功率流向及传动效率进行研究。在完成机组传动系统三轴动力学模型的基础上,建立了1.5 MW差动调速风电机组仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的准确性。利用1.5 MW仿真模型,对该机组的传动特性进行仿真研究,结果表明：在不同风速条件下,该机组的整体传动效率高,最高可达0.951;调速端功率消耗占同步发电机输出功率的比值小于 15.47%,且输出转速稳态最大误差小于1.23%。所研究风电机组的传动性能可以很好地满足实际应用要求。     

前端调速式风电机组功率优化控制研究

针对额定风速以上前端调速式风电机组功率优化问题,提出一种基于差分进化算法的功率优化控制策略。以液力变矩调速系统输出转速恒定、机组输出功率平滑为控制目标建立目标函数,采用差分进化算法,对变桨系统桨距角与液力变矩调速系统导叶开度角两个控制参数进行优化,根据优化后参数对风电机组进行变桨与变矩控制,实现对机组输出有功的优化控制。以2 MW前端调速式风电机组为对象进行仿真分析,仿真结果表明,根据本文提出的方法对风电机组进行功率控制,平滑了风电机组的输出功率,减小了功率波动,验证了控制策略的可行性。     

提高切出风速限功率运行对MW级风机的影响研究

针对提高风电机组切出风速增大发电量会造成机组载荷过大等问题,基于叶素理论、惯性定律等力学基本理论对机组各部件载荷进行了理论计算研究,提出了一种提高切出风速限功率运行的方法,以NWP和NTM风模型作为仿真条件,利用bladed载荷仿真软件,对某公司2 MW风电机组开展了提高切出风速限功率运行的仿真试验研究。研究结果表明,在机组设计载荷范围内,通过提高切出风速限功率运行的方法可以提高理论年发电量约0.76%,机组各部件等效疲劳载荷随功率的增加而增大,极限载荷随输出功率的变化呈不同变化趋势,其与理论分析基本一致。该研究结果为计算MW级风电机组包络载荷、设定切出风速提供了参考。     

风力发电机组异常数据检测研究

风力发电机组运行环境往往十分恶劣,运行数据中存在大量不符合风力发电机组正常输出特性的异常数据。为了使风能成为可靠的能源来源,建立高效、准确的风电监测和预测模型十分重要,因此需要将异常数据进行识别,以更准确地分析风力发电机组的运行状况。同时,异常数据的识别和剔除是获得风功率曲线、从而评价风力发电机组发电性能优劣及风功率预测的重要步骤。对异常数据的成因开展分析是识别机组运行状态、实现风电监测的重要工作。本文阐述了风速-功率散点图中的异常数据分布特征,总结常用的异常数据识别方法、风功率曲线建模方法和风力发电机组运行状态识别方法,并分析各个方法的问题和不足,提出了风力发电机组运行状态识别深入研究的未来发展方向。     

风力机风速测控系统的研究

针对变速变桨风力机如何在额定风速以下时追踪最大风能利用系数,对在额定风速以上时抑制输出功率的波动进行了研究。在风速测控系统中,提出了低风速时运用自适应转矩控制策略;高风速时为了稳定输出功率,根据估计的有效风速给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿与传统PID反馈结合的变桨距控制策略。基于Bladed和MATLAB软件平台,应用此方法对某2MW变速变桨风电机组进行仿真比较。结果表明：此系统在低风速时能够更好追踪最大功率点,在高风速时能有效稳定输出功率。     

风力发电机组的风况仿真模拟系统

通过原动机的风况仿真模拟,检验风力发电机主传动链、电控系统以及附属设备在不同风速条件下的运行性能和功率曲线.选取1.5MW风力发电机组参数在MATLAB中建立了仿真模型,将风轮转速和桨距角值作为风况模拟系统的输入变量用于系统模拟.根据预先设定的风模型(恒速风,正弦风,阶跃风,随机风),将设定风况转换为驱动电机对应的目标转速和目标转矩,实现风况模拟,进而得到风电机组功率响应曲线.然后将该仿真方法移植到试验平台中,通过变频器,电动机以及PLC控制系统来进行整个系统的试验.采用这种方式,风电机组无需装配叶片,也不用在风场吊装,在车间里就可以获得接近真实风况效果的原动力输入,从而使风电机组的测试既简单又真实可靠.     

参与电网调频的风电机组线性变参数变桨控制策略

风电机组在进行调频工作的时候,风电机组变桨动作的风速范围将会随着输出功率的变化而发生变化,而在调频的时候,输出功率是经常需要进行调整的,另外,因为风况可以直接影响桨距角调节气动功率的灵敏度,这样就会导致风电机组在进行调频时发生振荡现象,为了解决这一问题,我们需要提出一种线性变参数系统作为原则的风电机组变桨控制方法.     

基于支持向量机的风电机组主轴轴承故障诊断

主轴轴承是风电机组的重要部件之一。通常主轴轴承故障诊断方法主要是基于振动信号和温度信号以及润滑油成分分析等。这里利用支持向量机建立了风电机组发电机输出功率模型,输入量为风速、变桨角度、风向角与机舱角偏差;输出量为发电机输出有功功率。在相同输入条件下,当主轴轴承存在磨损等故障时,发电机输出有功功率将随故障的逐步加重而逐渐减小,发电机输出有功功率实际值与预测值之间的残差将超出正常的阈值。这里以某风电场风机主轴轴承实际故障进行了仿真验证。     

粒子群优化变论域模糊PID控制在风电机组变桨距中的应用

风力发电机变桨距系统采用传统PID控制,不仅超调大、调节时间长、精度低,而且在超过额定风速时,风电机组的输出功率波动比较剧烈,误差较大。该文采用粒子群优化算法改进变论域模糊PID控制器,仿真结果表明:粒子群优化变论域的模糊PID控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性,可以平稳地输出功率。     

液压型风力发电机组的转速和转矩解耦控制

以液压型风力发电机组为研究对象,输出高质量电能为研究目标,针对机组存在的转速和转矩解耦问题展开研究。建立定量泵-变量马达液压传动系统数学模型。从液压传动系统出发,探究影响机组电能输出质量的关键因素,分析该多输入-多输出系统存在的耦合问题,并采用前馈解耦补偿控制方法解耦。分析变量马达和比例节流阀对液压系统输出转速与转矩的控制规律,得到基于高电能质量控制的转速和转矩解耦控制器。以30kVA液压型风力发电机组半物理仿真实验台为基础,针对提出的控制方法展开研究。仿真和实验结果表明：液压型风力发电机组输出的转速和转矩实现了解耦控制,有效地实现了液压传动系统的稳速控制和传输功率波动的平滑控制。研究结果为液压型风力发电机组高质量电能输出控制和电网友好性能提高奠定了基础。     

小草湖风电场风资源分析与机组选型综合研究

利用风资源评估软件WAsP对小草湖风电场进行风资源评估。计算出风谱图,对风速数据统计分析得出平均风速和平均风功率密度变化。给出4种备选风力机组,从风力机容量系数、发电量和经济成本方面进行优化选型分析,选择出适合该风电场的风力机机型,以提高发电量,增加经济效益。     

双叶片立轴风力机及其性能分析

提出了一种新型的双叶片风力机,建立了该风力机的计算模型,基于对叶片的运动学和空气动力的分析,导出了其性能参数的计算方法。结合设计实例,对该风力机的性能进行了仿真分析,结果表明:双叶片风力机在一定的风速和负载下能稳定地运行,最大风能利用率随输出转速呈抛物线规律变化,存在使风能利用率最大的最佳输出转速。     

液压型风力发电机组风力机特性模拟

在不具备风场环境的情况下,针对液压型风力发电机组风力机特性模拟问题,在实际数据的基础上,建立了风力机输出特性数学模型,依据相似模拟的原理,采用转速控制的补偿方法对风力机特性进行了实验研究。将等效功率实验数据乘以转换系数之后的结果、仿真结果以及相关合作公司提供的850kW风力机的实际数据进行了对比。结果表明：系统能够在误差允许范围内精准模拟风力机的输出功率和输出转矩。     

高径比对垂直轴风力机气动性能的影响

基于双向多流管理论模型,采用 MATLAB 软件编写程序,并将程序计算的结果与试验值进行对比,验证了双向多流管理论模型的可用性。以双向多流管理论模型为依据,研究高径比对垂直轴风力机气动性能的影响。以某一风力机为例,拟定风轮高径比和起动风速的近似关系式。研究表明,当转速相同时,随着高径比的增大,风力机风轮的起动风速减小;在中、低风速段,高径比大的风轮的输出功率大,在高风速段,高径比大的风轮的输出功率较小;在风速相同时,如要获取相同的输出功率,应增大高径比大的风力机的风轮转速。     

Blade number effect for a ducted wind turbine

Ducted wind turbine with multiple blades installed was believed to have a good wind power energy conversion effect. However, little information was available on how to design a good ducted wind turbine. In this paper the effects of blade number on a ducted wind turbine performance is studied. Numerical studies using CFD method to simulate the wind turbine performance were adopted. The duct is a converging-diverging nozzle with the turbine blades located at the throat. A rated output of a 1-kW turbine is adopted as the baseline design. It was found that the blade geometry, stagger angle, and number of blades have different duct blockage effects, and do affect the turbine performance (specifically the power coefficient and torque coefficient, etc.). The fewer number of blades has higher through flow speed, while the larger number of blades provides larger torque. The best power coefficient lies in between the two extremes. The appropriate number of blades is important to match the generator performance curve for optimal overall performance and efficiency. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju Korea, October 16–19, 2007.     

额定风速以上永磁同步风力发电系统的自适应控制

由于受到机械负载和电气负荷限制,风力发电系统在额定风速以上时必须运行在恒功率状态,考虑到风机本身固有的非线性特性,以及大风速下外界干扰对风机系统参数的影响,设计了风力发电系统的自适应控制器.采用永磁电机转子磁场矢量控制原理,实现了发电机系统解耦控制和恒功率控制.理论分析和仿真结果表明,所设计的控制器可以保证在额定风速以上变化,系统参数不确定的情况下,仍能使永磁同步风力发电系统安全可靠运行并获取最大风能的目的.