风电机组传动链柔性建模及电网故障响应特性研究

针对风电机组动态特性研究中传动链模型过于简化及对电网故障动态响应特性不足或缺失的问题。综合考虑风电机组传动链各部分的惯量、旋转阻尼、刚度特性等,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立风电机组柔性传动链模型,分析说明柔性传动链的二阶欠阻尼系统本质及在电网故障过程中可能存在的扭矩振荡问题。首次考虑传动链柔性特性进行风电机组电网故障动态响应特性系统仿真研究,仿真结果验证理论分析的正确性。并在1.5 MW大容量风电机组上进行现场试验研究,试验结果有力支持了理论分析和仿真结果。     

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。     

基于AMESim的风电机组建模和仿真

根据双馈型风电机组的结构,基于多学科系统建模仿真平台AMESim建立了包含叶轮气动特性、传动链、双馈电机及其控制的整机模型。研究了风电机组将风能转换为电能的过程,模拟了变速恒频控制可实现并网要求。     

大型风电机组整机测试用全工况载荷施加技术及装备研究

本文研究了大型风电机组整机全工况测试所需的载荷模拟与载荷施加技术,深入分析了扭矩载荷和非扭矩载荷模拟与施加的技术难点,以及二者正确耦合的关键所在。进一步给出新型非扭矩载荷施加装置及载荷耦合装置技术方案,并据此搭建整机测试实验平台,解决大型风电机组样机厂内测试载荷模拟技术难题。     

水平轴海流能发电机组叶轮模拟研究

为降低水平轴海流能发电机组海上试验或水槽试验的成本,在实验室内对机组叶轮特性进行模拟。采用叶素动量(BEM)理论对机组的叶轮输出特性进行分析,建立模型机组的Bladed模型,并仿真得到该模型机组的叶轮输出特性。提出基于PLC控制器的异步电机转矩和q轴电流双闭环控制的叶轮模拟方法,搭建模型机组的实验室内试验平台,对模型机组叶轮模拟装置的可行性进行试验验证。试验结果表明,该叶轮模拟装置在机组额定流速以下和额定流速以上均可很好地实现目标转矩的跟踪模拟,为水平轴海流能发电机组的实验室内模拟试验研究提供便利。     

基于状态反馈的双馈风电机组传动链动态扭转载荷控制

针对恒转矩控制时传动链阻尼小、扭转载荷大会降低机组传动链上关键部件使用寿命的问题,设计基于状态反馈的传动链动态扭转载荷控制器,使等效在轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现传动链的动态扭转载荷控制。利用FAST和Matlab/Simulink软件对机组模型和控制器进行联合仿真,结果表明所提出的方法能有效降低双馈风电机组传动链的动态扭转载荷。     

风电机组动态仿真平台设计方法研究

本文主要介绍风电机组动态仿真平台的设计方法,基于对风电机组系统的理解,对风电机组运动模型采用多学科耦合建模,建立机组控制和传动系分析方法。并结合控制软件,以整机参数化总体框架模型为基础,定义风电机组传动链动力学模型库,气动、水动、控制、电控多学科耦合接口以及进行模拟。可系统间耦合求解,进行仿真动态载荷和性能评估。该方法实用,可以方便地连接风电机组硬件子系统。它为风电机组性能评估和核心构件的创新设计选型/定型等验证提供了一种新的方法和理念。大大减少了设计和维护成本,降低了直接上机所带来的一些风险。     

兆瓦级风电机组传动链动力学建模及仿真方法研究

以某兆瓦级风电机组为例,根据德国劳埃德2010版风机认证规范要求,绘制了机组传动链动力学拓扑图,建立了包含多自由度刚柔部件的机组传动链模型。根据传动链模型,进行了频域分析,得到了机组传动链模态频率,绘制了二维Campbell图,找到了传动链潜在共振点,并通过时域扫频分析,验证了共振点的分析结果。与Bladed结果进行比较,验证了仿真分析结果的正确性。     

计及齿轮全柔性的风电机组传动链有限元建模及扭振特性分析

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结合叶片、轮毂、主轴和发电机转子,建立风电机组传动链多柔体有限元模型。其次,基于有限元模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的分析方法,获取计及齿轮全柔性影响的风电机组中、低频范围的扭振模态,并与不同传动链模型结果进行比较,验证该文所建模型的有效性。最后,分别分析不同齿轮柔性和齿轮啮合柔性对传动链扭振频率和模态的影响。结果表明,该文所建模型不仅能反映传动链扭振固有的低频频率,而且能反映弯扭耦合产生的中频扭振频率,且相比齿轮啮合柔性,齿轮柔性系数影响传动链高频扭振特性明显。     

大冷量制冷机组匹配实验

依据多联式空调(热泵)机组及实验室设计相关要求初步选取制冷机组类型,根据实验室负荷计算确定制冷机组的容量,采用变频与定频相结合技术选取匹配的制冷机组.通过极限低温工况试验、工况调整速度试验检测制冷机组的匹配性并在试验的基础上进行能耗分析.试验结果表明,采用变频与定频相结合技术比定频机组在冷量测试时节能13%以上.合理高效的匹配制冷机组有助于改善各种工况的稳定速率,同时有效地控制制冷系统能耗,节约能源.     

350 MW供热机组低压缸零出力试验及仿真研究

低压缸零出力技术可有效实现热电联产机组热电解耦,提升机组供热能力和调峰能力。对某350 MW机组低压缸零出力试验方案和试验过程进行了详细分析。试验研究显示,在280 t/h供热抽汽流量下,低压缸零出力技术可降低机组负荷52 MW。受试验条件限制,为获取全负荷范围内低压缸零出力工况下机组性能,采用Ebsilon软件对低压缸零出力工况进行仿真计算。结果表明：与抽凝工况相比,低压缸零出力运行方式下,热网抽汽量可提高90 t/h,相同供热量下机组负荷可降低29%,最小电负荷率可降至28.5%,在176 MW供热负荷下供电煤耗可降低51.2 g/(kW·h)。     

海上大型风电机组传动链研究

在风力发电系统的研究和开发中,由于受气象环境、地理条件的限制,无法对风力发电系统进行以全生命周期作为评价的实验测试,尤其是动力传输系统。传动链在风电机组的传动系统中起到传递叶轮扭矩的作用。本文介绍了风电机组用于海上风电情况下,对于传动链设计的可能布局和轴承配置形式。同时,对于海上风电的应用环境,传动链设计应着重于提高机组的可靠性,采用冗余设计,并允许采用高叶尖速带来的可能益处。     

低压补汽对船用双缸汽轮机功率分配的影响研究

针对船用汽轮机在低工况运行时低压缸功率较低这一情况,参考燃-蒸联合循环机组和工业汽轮机的补汽技术,提出高低压连通管补汽方案并进行热力计算和数值模拟,根据计算结果设计试验,验证低压补汽方案的准确性和可行性。试验结果证明:低压补汽可以根据补汽管径的尺寸和调节阀的开度实现较大范围功率比调节,提升了低工况时低压缸的做功能力;试验过程中机组稳定运行,补汽对机组运行无其他关联影响;采用合理的补汽汽源,动力系统效率将会提升,但设备安装布置也更复杂。     

兆瓦级风机电动变桨距系统的地面试验

桨距系统作为大型风电机组的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行有十分重要的作用。针对电动变桨距系统工作环境特殊、现场负载试验较为困难等问题，构建了电动变桨距系统地面测试平台，对电动变桨距系统的地面测试方案、测试方法展开了试验。试验结果表明地面试验方案对电动变桨距的研究与产品开发具有较好的试验价值。     

某抽水蓄能电站~#2机组运行稳定性分析

为掌握某抽水蓄能电站~#2机组的运行稳定性情况,分别在310、320、330m水头下对该机组进行现场稳定性试验,每个试验水头下的试验工况包括了发电工况下从空载到额定负荷间阶梯式选取的13个负荷工况及抽水工况,分析了机组在各负荷工况下机架振动、导轴承摆度、水流压力脉动的变化规律及内在联系,根据变负荷试验数据将该机组在不同试验水头下的运行区域划分为禁止运行工况区、许可运行工况区和稳定运行工况区,为机组安全运行提供了依据。     

传动链模型对风机低电压穿越能力的影响

电网电压跌落故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电,根据风电机组在暂态过程中的表现提出低电压穿越(LVRT)要求。考虑传动轴扭转柔性因素,应用等效质量法,建立了变速恒频风电系统传动链的一质量块等效模型和二质量块等效模型。当发生电网电压跌落故障时,对采用不同传动链模型的风电系统进行仿真比较及理论分析。     

混流式水轮机机组运行稳定性区域检测

水电机组在带负荷运行过程中,水力机械振动会引起机组不稳定运行。为了掌握水电厂机组运行稳定性情况,需对其进行变负荷真机试验。在某水电厂3#混流式水轮机机组空载、满负荷等13种运行工况下进行试验,现场实测各运行工况下振动、摆度和压力脉动的变化,并分析机组运行稳定性及存在的缺陷。结果表明,从机组振动、摆度、压力脉动数据和现场评估综合分析,该试验机组稳定运行区间为25～40 MW。研究为机组安全、稳定运行提供了一定的技术依据。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振疲劳可靠性分析

双馈风电机组电气故障扰动引起的电磁转矩波动易造成轴系传动链扭振疲劳,有必要研究电网短路故障对机组传动链扭振疲劳可靠性的影响。首先建立考虑关键部件柔性的传动链有限元模型,通过模态分析获取传动扭振模态。其次基于集中质量法,建立机电耦合模型,以电网短路故障为扰动因素,仿真分析电网短路故障下电磁转矩动态响应。最后将电网短路故障下发电机电磁转矩扰动作为激励,借助ANSYS Designlife平台构建传动链扭振疲劳可靠性模型,分析机组传动链在电网短路故障下电磁转矩波动对扭振疲劳可靠性的影响。结果表明：三相接地故障时电磁转矩波动最剧烈,对传动链的疲劳可靠性影响更大;电网发生短路故障时,电磁转矩中存在低频分量可与高速轴的扭振模态耦合,激发高速轴的扭振,加剧高速轴的疲劳损伤;电磁转矩激发的扭振具有传递效应,越靠近发电机的部件扭振越明显,可靠性越低。     

基于变系数滑模控制器的风电机组振动主动控制研究

基于某公司新型8 MW半直驱式风电机组传动链实际参数建立传动链机电控耦合模型，设计机侧变流器速度环变系数滑模控制器，通过采用改变控制策略来增强风电传动链抗干扰能力并减小传动链零部件横向振动。结果表明：当风电机组受到外部突变激励时，在变系数滑模控制器控制下发电机转子对速度追踪效果更好、机械部件横向振动位移显著减小且发电机电流及电磁转矩中的机械频率得到有效抑制。     

某250 MW抽水蓄能机组异常低扬程水泵工况启动试验

某抽水蓄能电站上库无天然径流,为减少外接水泵向上库蓄水的投资并缩短基建工期,首台机组以水泵工况模式启动。对异常低扬程下机组首次水泵工况启动涉及到的关键安全技术问题进行梳理总结,优化修改水泵工况正常启动过程中的抽水造压控制流程。分析了机组抽水启动过程及抽水稳态工况下振动、摆度及水流压力脉动等稳定性指标试验数据,并研究了水流压力脉动和机组稳定性间的内在联系,可为后续类似抽水蓄能电站设计、调试提供借鉴。