基于控制律的电加热防除冰系统设计与验证

飞机结冰严重危害飞行安全,电加热是容易控制、低能耗的飞机防除冰技术,由于飞机上电能受限,高效的控制律电加热设计和验证是飞机防除冰设计的关键.为满足大型结冰风洞电加热试验要求,研制了工程实用的基于状态机的控制律电加热防除冰控制系统,完成了控制律电加热防除冰系统的硬件和控制软件开发,实现了多个电加热回路电流按照控制律要求同步接通/断开.利用结冰风洞试验对不同控制律电加热防除冰的有效性进行了验证,电加热防除冰控制律设计达到了技术要求.系统已经应用到结冰风洞试验中,是电加热防除冰试验的重要设备.     

基于大数据分析的风机叶片结冰故障诊断

为了实现风力发电机叶片结冰故障诊断,及时进行风机叶片除冰,消除隐患。提出了基于大数据分析的人工智能算法识别风机叶片结冰的方法。首先,用结冰机理研究和数据探索的方法对风机运行数据进行分析,初步提取了24个特征量;然后,采用遗传算法对24个特征量、滑动窗口宽度和支持向量机参数进行联合优化,并据此建立叶片结冰故障诊断模型。诊断结果表明,用该模型诊断叶片结冰故障的准确率为86.2%,比采用SCADA采集所有数据或初步提取的24个特征量作为模型输入的准确率有大幅度的提高;并且,将该模型用于另一个#2风机时,故障诊断准确率也达到了78.5%,证明了该方法的有效性,并具有较好的泛化能力,为识别风机叶片结冰故障提供了新思路。     

光学压敏涂料测压校准系统及LabVIEW的应用

光学压敏涂料测压技术是风洞试验中表面压力测量的新手段。介绍了光学压敏涂料测压技术原理和其在风洞试验中的应用。叙述了用LabVIEW应用软件测量、控制光学压敏涂料测压校准系统。     

失速型风力发电机的建模与仿真研究

研究风力发电机系统优化控制问题,对风力发电进行设计,应通过风能带动发电机发电。但风力发电机组模型存在高阶、非线性问题,考虑因素很多。传统方法缺乏总体性能分析。为解决上述问题,建立了包括风力发电机组气动性能、传动系统部分和感应电机部分的一种新的较完善的失速型风力发电机组的动态数学模型。应用在MATLAB软件上,以数学模型为基础搭建了失速型风力发电机组数字仿真模型。并以稳态风速和动态风速为例,对600千瓦失速控制型风力发电机组进行了仿真计算。试验结果表明模型的正确性,为风力发电机组的进一步优化设计和优化控制等均提供了科学依据。     

变桨距风力机特性模拟

变桨距风力机在不同风速下具有不同的运行状态和输入输出关系.文章根据空气动力学理论研究了风力机静动态特性;探讨了不同风速下,变桨距风力机的控制方案及运行状态;根据变桨距风力机不同的运行状态,设计了发电机特性和桨距角控制方案;在matlab/simulink环境下,建立了适应变桨距风力机全状态的模拟系统;在匀速风、阵风、渐...     

新翼型风力机叶片综合性能的实验研究

以自制新翼型风力机风轮为研究对象,在B1/K2直流式低速风洞完成自制新翼型风力机的功率特性测试实验,采用丹麦B＆K公司结构动态测试系统完成风轮结构动态特性实验,并与国内某公司同型号传统翼型的风力机进行气动特性、结构动态特性的对比分析,为下一步系统研究新翼型的气动特性和设计综合性能较优的风轮奠定了理论和实验基础.     

兆瓦级风力发电机功率特性的模拟测试及分析

风力发电机的功率及其效率特性对风力机气动特性有很大影响。针对我国兆瓦级风力机风轮叶片研究中存在的问题,制作了1．5MW风轮叶片模型并根据相关国标进行了实验室及车载测试,根据测试数据风力发电机组的效率特性曲线及功率特性曲线,最后通过数据分析,提出了叶片模型的改进方案。     

基于极点配置控制的风机叶片颤振控制研究

针对风力机叶片的颤振会严重影响风力机的发电效率和运行安全问题,设计了一种基于极点配置的振动控制器在抑制叶片颤振的同时可以取得良好的闭环控制特性,并且能够有效抑制来自阵风的干扰.重点研究了利用Diophantine方程求解极点配置(PPC) PID控制器的方法,并选取有效的系统输出信号来设计反馈控制器,达到抑制叶片颤振的目的.Matlab/Simulink仿真结果表明,在叶片颤振控制系统中极点配置PPC-PID控制器比传统PID控制器具有更好的抗干扰性和动态特性.     

基于IMC-PID控制的风机叶片颤振控制研究

针对风机叶片在颤振情况下严重影响风机的运行安全和发电效率的问题,设计了一种基于内模PID控制(IMC-PID)的振动控制方法,仅需调节较少控制器参数,就能有效地抑制叶片颤振并获得良好的闭环动态特性.首先使用递推最小二乘法对高阶对象模型进行降阶,然后利用IMC-PID方法设计控制器.仿真结果表明:在风机叶片颤振控制中,IMC-PID控制器与传统PID控制器相比,控制器整定参数少,且具有更好的动态特性和鲁棒性.     

基于叶片动态响应后风轮输出特性的CFD仿真

通过模态实验测得叶片低阶弯振特征向量,经过Matlab拟合获得风轮振动控制方程。自编UDF代码实现对运行风轮振动形态的控制。数值模拟过程中利用动网格技术施加到风轮叶片,控制其运动形态,使其旋转的同时做垂直于旋转面的弯振运动。湍流模型选择大涡模拟(LES)研究振动风轮输出特性规律。研究结果表明:施加低阶弯振后,叶片中部位置出现压力指向性的改变,扭矩和推力波动明显加剧且呈现出周期性规律。弯振的施加使风轮功率下降,且下降趋势随着风速和尖速比增大而增强。通过仿真叶片的结构动态响应,为改进和优化常规风力机性能分析及流固耦合分析提供新思路。     

小型风机叶片结构损伤识别实验模拟研究

搭建小型风机叶片振动检测实验平台,采集风机叶片振动响应数据,利用自互功率谱法辨别叶片损伤前后的模态参数,通过实验数据对比风机叶片损伤前后固有频率的变化,当风机叶片发生损伤时,其各阶固有频率会下降,且随着损伤程度的增加,各阶固有频率的下降幅度越大,并利用轴向振型差法对叶片损伤进行了定位,在实验室条件下完成了风机叶片结构损伤的识别。     

风机流场并行数值模拟在集群系统上的应用

介绍集群系统的特点及其软硬件配置环境。利用计算流体力学商用软件Fluent对一种新型垂直轴风力机风轮在曙光天潮超级服务器4000A集群上进行数值模拟及并行计算,得到风轮内外部的三维流场,实现该软件在高性能并行计算机上的应用,为并行有限元分析提供一个基础计算平台。     

An observer-based blade-pitch controller of wind turbines in high wind speeds

The paper focuses on variable-rotor-speed/variable-blade-pitch wind turbines operating in the region of high wind speeds, where blade pitch and generator torque controllers are aimed at limiting the turbine's energy capture to the rated power value. Coupled design is described of an observer-based blade-pitch control input and a generator torque controller, both of which not requiring the availability of wind speed measurements. Closed loop convergence of the overall control system is proved. The proposed control solution has been validated on a 5-MW three-blade wind turbine using the National Renewable Energy Laboratory (NREL) wind turbine simulator FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) code.     

具有尾缘襟翼风力机的恒功率反步法控制

尾缘襟翼风力机控制技术在大型风力机领域具有巨大的应用潜力.本文首先基于修正的叶素动量方法建立了具有可变尾缘襟翼的风力机气动模型.针对襟翼风力机的非线性模型,采用反步法设计了非线性控制器,保证系统的控制量和状态变量全局有界,并且风机的输出功率可以收敛到额定功率的一个小邻域内.此外,控制器设计过程中没有将实时风速信息纳入反馈系统,因而降低了工程实施的难度.最后针对12 m/s～15 m/s的阶跃风、基于四分量模型模拟的风载扰动、执行机构受到外部扰动以及总转动惯量具有10%不确定性的工况进行了仿真,仿真结果表明所设计的控制器能有效地稳定风力发电系统的输出功率,控制系统具有较强的鲁棒性.     

基于时序上采样卷积神经网络的风机叶片结冰检测

风电机组叶片结冰检测对风电机组的安全性、可靠性以及经济性具有非常重要的现实意义.针对风电机组运行观测数据的非平衡和单点无时序性问题,提出一种基于过采样和时序上采样卷积神经网络的风机叶片结冰检测方法.首先,采用数据自适应综合过采样算法对原始非平衡数据集进行重采样,实现对非平衡数据集的均衡;然后,提出并构建一种时序上采样卷积神经网络模型,将原始单点向量型数据进行重构并上采样为二维网格型数据,同时将其自动映射成为稀疏的特征表示,实现准确的风机叶片结冰检测功能;最后,将所提出方法在真实风场采集的数据集上进行验证.实验结果表明,所提出的风机叶片结冰检测方法在数据集非平衡且采集条件有限(单点无时序性数据)的情况下,具有一定的有效性、稳定性和可行性.     

基于分数阶内模控制的风力机叶片颤振研究

针对风力机叶片颤振系统,提出了一种结合分数阶(Fractional Order)控制与内模控制(Internal Model Control,IMC)的新型颤振控制方法.利用分数阶滤波器设计了分数阶内模控制器,基于闭环动态特性指标,如相位裕量和截止频率,实现对控制器参数的自整定.通过仿真实验对比证明,针对风力机叶片颤振控制,所设计的控制方法优于传统PID、内模PID控制方法,不仅减少了控制参数,而且提高了动态特性和鲁棒性.     

耦合加载方式下复合材料叶片的预应力模态分析

针对大型风力机叶片在静止和变速运转工况下,振动模态计算分析方法和转速对频率的影响进行了研究.建立了叶片有限元模型,静力分析时采用耦合加载方式;采用分块Lanczos法分析了叶片的模态,考察了叶片固有频率对预应力效应的敏感程度及稳定性,探讨了转速对叶片频率的影响程度,分析了预应力效应产生的原因.结果表明:叶片主要以挥舞和摆阵振动形式为主;预应力效应对叶片的固有频率产生了较大影响,随转速的不断增大叶片的固有频率也随之增大,且预应力效应对叶片挥舞刚度的影响程度大于摆阵刚度的影响.     

变桨距风力发电机组恒功率反馈线性化控制

在额定风速以上时,为保证风电机组的安全稳定运行,需要降低风力机捕获风能,使风力机的转速及功率维持在额定值,基于微分几何反馈线性化方法,提出变桨距风力发电机组恒功率控制策略.建立了风力机的仿射非线性模型,采用微分几何反馈线性化变换实现全局精确线性化;根据新的线性化模型,以风力机转速为输出反馈变量,叶片桨距角为输入控制变量,设计桨距角控制器;在风速高于额定值时调节风力机维持在额定转速,从而实现额定风速以上的恒功率控制.仿真结果表明,所提控制策略能较好地解决变桨距风力发电机组额定风速以上的恒功率控制问题,控制方法具有较好的适应性和鲁棒性.     

Robust nonlinear control strategy to maximize energy capture in a variable speed wind turbine with an internal induction generator

This paper proposes a control strategy to maximize the wind energy captured in a variable speed wind turbine,with an internal induction generator,at low to medium wind speeds.The proposed strategy cont...     

光学压力敏感涂料的研制

光学压敏涂料测压技术是风洞试验中表面压力测量的新手段。介绍了光学压敏涂料测压技术原理,光学压敏涂料的研制和其在风洞试验中的应用。试验表明:所研制的光学压力敏感涂料与传统压力传感器具有相同性能。传统方法测量压力,需要在模型表面开通一些压力测量孔,是间断的点压力测量。光学压力敏感涂料测量压力的突出优点是可测量连续的大面积的表面压力分布,并且不需要昂贵的专用测压模型。