伺服系统对10 MW单桩式近海风力机地震响应影响

为研究伺服系统对10 MW单桩式近海风力机地震动力特性的影响,以DTU 10 MW风力机为原型,建立考虑伺服系统的单桩式近海风力机模型,通过p-y曲线法构建分布式弹簧土-构耦合模型,并基于中国实测地震数据和风力机实际运行环境构建湍流风-波浪-地震伺服系统多物理场计算平台,研究其在不同状态下的动力特性。结果表明：无地震载荷作用时,当平均风速大于额定风速,风力机变桨伺服系统有效缓解了塔顶振动,并减弱了气动载荷对塔基弯矩的影响;地震载荷使风力机塔顶位移明显增加,平均增加71.66%,变桨伺服系统对塔顶位移的作用效果被削弱,使发电机转速发生更剧烈波动;地震及波浪载荷对塔基弯矩的影响很大,风浪震作用较仅湍流风载荷作用下风力机塔基弯矩最大值平均增加131.24%,不能忽略波浪载荷对塔基弯矩的影响。     

地震及风-浪载荷作用下大型10 MW桁架与单桩风力机响应对比研究

以某10 MW桁架式海上风力机为研究对象,基于p-y曲线和Q-z曲线描述柔性土壤与桩基间的相互作用,构建桁架及单桩风力机的有限元模型,研究2种结构在地震及风-浪载荷作用下的结构动力学响应及承载特性。结果表明：桁架及单桩结构在风-浪载荷作用下,塔顶做偏心往复运动;地震的作用导致单桩结构塔顶侧向扰动偏心更严重,但桁架结构扰动幅度更大且应力卸载更快;桁架结构相较于单桩结构更稳定,但需要对局部承载压力部分进行降载。     

不同空气密度下的风力机变桨策略优化研究

针对风力机叶片在较低空气密度下易出现失速等问题,在提前变桨控制策略的基础上,提出了实时调整提前变桨控制策略中的变桨微动角度的调节方法,并采用CFD数值仿真及现场试验进行验证。结果表明,实时调整提前变桨控制策略中变桨微动角度,提高了风力机组在不同运行条件下的适应性,改善了风力机叶片在低空气密度下的流动分离,减小了叶片的动态失速,提升了风力机功率,最大增幅为3.17%。     

不同水深海上风力机塔架地震动力响应研究

开发了风力机地震仿真平台SAF(Seismic Analysis Framework),以DTU 10 MW海上风力机为研究对象,建立其地震激励下的动力仿真模型,分析4种水深(20～50 m)时20组不同强度地震、额定风速湍流风与波浪流联合作用下风力机塔架动力响应。研究表明:地震作用对横向塔顶位移及横向平面内的塔基弯矩影响较大,来流方向塔顶位移及来流平面内的塔基弯矩主要受湍流风影响;在存在地震激励时,塔架不同高度处位移、剪切力及弯矩响应均大于湍流风与波浪流作用时;地震强度较弱时,不同水深处风力机塔顶位移与弯矩差距较小,但塔基弯矩随着水深的增大而增大;地震强度较大时,水深对风力机塔顶位移与塔基弯矩影响很大,相同地震强度的响应深水大于浅水。     

基于粘滞阻尼器的单桩式海上风力机结构振动控制

为探究湍流风与地震联合作用下单桩式海上风力机的结构动力学响应与振动控制,以单桩式NREL5 MW海上风力机为研究对象,采用有限元法建立三维壳模型并基于二次开发将体等效线性模型集成于ABAQUS中,通过附加粘滞阻尼器对地震诱导风力机振动进行控制.结果表明:粘滞阻尼器能够大幅降低地震导致的风力机塔顶振动,但对湍流风引起的塔...     

冲刷作用下大型单桩式风力机多物理场动力学响应分析

海上单桩风力机因海流冲刷桩基附近会形成冲刷坑,进而降低桩基埋土深度,影响结构稳定性。为研究冲刷及风-浪-地震载荷对大型海上风力机动力学响应的影响,建立考虑土-构耦合效应的单桩支撑结构有限元模型,对风力机进行时域分析。结果表明：冲刷对风力机高阶模态影响更大;仅有风-浪载荷激励时,随冲刷深度增加,风力机塔架和桩基整个时程曲线不断上移,位移显著增加,塔架和桩基主要运动都发生在湍流风来流方向;在风-浪-震载荷联合激励下,塔架和桩基动力学响应有所差异,当冲刷深度较小时,风力机塔架位移逐渐增加,但随着冲刷深度增加,塔架位移反而逐渐减小,而桩基位移随冲刷深度增加一直减小;风力机受风-浪-震载荷作用下各冲刷深度塔架和桩基位移相较于风-浪载荷时都有所增加。     

基于IDA-SVM的高面板堆石坝地震易损性分析

为研究高面板堆石坝的地震易损性,基于增量动力分析(IDA)与支持向量机(SVM)相结合的方法,首先利用拉丁超立方抽样(LHS)方法从人工生成的100条地震动中随机选取30条,选定PGA为地震动强度指标,坝顶竖向位移为性能指标,通过对每条地震动进行等间距调幅,对面板坝进行有限元计算及对结果进行IDA分析,提取各条地震动在所选性能指标不同极限状态下的PGA;然后引入SVM,以代表地震动特性的参数为输入,以PGA为输出,训练并测试SVM模型;最后利用SVM模型做快速预测,在考虑不同地震动数目的条件下,分析面板坝的地震易损性,并绘制地震易损性曲线。研究结果表明,IDA-SVM方法在分析大坝易损性的问题上具有可行性和有效性,且考虑不同地震动数目所得的地震易损性曲线不尽相同。     

大型风力机地震动力学响应及稳定性控制研究

为保障极端复杂环境下风力机塔架的结构安全,以NREL 5 MW风力机为研究对象,基于开源软件FAST预留数据接口开发地震载荷计算模块,研究气动阻尼和地震对风力机结构响应的影响,并在机舱和基础平台安装调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),对塔架的振动进行控制。结果表明:塔顶响应主要受地震载荷影响,气动载荷对其影响较小,且气动阻尼在一定程度上可以抑制塔架的动力响应,风-震耦合效应不可忽略;地震诱导塔架振动,安装TMD可有效减缓塔架振动和降低塔架弯矩,保证风力机的结构安全和运行稳定。TMD与结构质量比u=0.01,阻尼系数ξ=0.1时,减振控制效果最佳。     

地震作用下近海超大型三桩风力机模态及瞬态动力学分析

为研究海上风力机在地震作用下结构响应,基于p-y曲线法及非线性弹簧建立土-构相互作用模型,以超大型DTU 10 MW三桩式近海风力机为研究对象建立有限元模型,选取三个监测站实测的同一地震位移数据为地震载荷并采用有限元方法计算三桩式风力机瞬态动力学响应。结果表明:塔架一阶模态固有频率位于理想设计区间,且前六阶模态振型未发生较大扭转,符合刚度设计要求;塔顶位移、最大剪应力及总应变能均随地震位移峰值增大而增加,而上述变量与地震加速度峰值间并不符合上述规律,说明地震加速度峰值不易作为对结构响应强弱的判据;塔顶位移响应最大,较塔架根部和桩基,支撑结构位移响应更剧烈;剪应力响应峰值位于支撑结构连接处;桩基底端应变能响应最大。     

地震对不同容量风力机塔架动力响应规律研究

为研究湍流风与地震联合作用下风力机塔架动力响应规律,以AOC 50 kW、WindPACT 1.5 MW和NREL 5 MW 3种不同容量风力机为研究对象,考虑土-构耦合模型效应,基于开源软件FAST预留数据接口,编译地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震激励实时耦合的动力仿真模型。基于ASCE标准地震反应谱,得到20种不同强度的地震加速度,计算了不同强度地震与湍流风联合作用下的风力机塔架动力学响应。结果表明:地面加速度峰值(Peak Ground Acceleration,PGA)为0.3g时,湍流风与地震联合作用对塔基剪切力和弯矩影响较大;随地震强度的增大,塔架不同高度处的最大弯矩与高度之间的关系逐渐由线性转变为非线性;发现国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)和美国风能协会/美国土木工程师协会(American Wind Energy Association/The American Society of Civil Engineers,AWEA/ASCE)对地震载荷与风载荷共同作用下的载荷预估模型结果误差较大,并提出了新的高精度模型,可为风力机塔架载荷预估及预防地震风险提供一定的参考。     

风电机组变速与变桨距控制过程中的动力学问题研究

讨论了额定风速以下的变速运行控制和额定风速以上的变桨距控制以及变速与变桨距两种控制策略的相互耦合关系;分析了风电机组主要部件包括叶轮、传动系统、塔架的各阶振动模态以及它们之间的相互影响力;提出了转矩控制对传动系统扭转振动和变桨距控制对塔架前后振动的影响力及控制方案;应用BLADED和MAT- LAB软件对主要控制环节进行设计及参数调整,并对机组的控制效果进行仿真。结果表明,所采用的控制策略和控制算法能够满足控制要求,并能有效地解决动力学问题。     

变转速风力机的动态模型与随机载荷下的动态分析

变转速风力机是当前大型风力机研究领域的研究热点之一。该文通过研究其控制策略和动态特性，建立了适用于变转速风力机控制设计的动态模型，确定了相应的仿真分析方法。在此基础上以300kW变转速水平轴风力机为分析对象，对其动态模型在紊流风场的随机载荷情况下进行了仿真计算并分析了计算结果。     

变速变桨距风力机监控过程动态仿真

介绍了级联式无刷双馈发电机的结构和发电原理,根据异步电机的电压方程和坐标变换理论,推导出无刷双馈电机的转子机械速dq坐标系下的数学模型,并进行了Matlab建模和仿真.仿真结果验证了该数学模型的正确性,并为级联式无刷双馈变速恒频发电系统的进一步研究提供了理论基础.     

The Design of closed loop controllers for wind turbines

This article reviews the design of algorithms for wind turbine pitch control and also for generator torque control in the case of variable speed turbines. Some recent and possible future developments are discussed. Although pitch control is used primarily to limit power in high winds, it also has a significant effect on various loads. Particularly as turbines become larger, there is increasing interest in designing controllers to mitigate loads as far as possible. Torque control in variable speed turbines is used primarily to maximize energy capture below rated wind speed and to limit the torque above rated. Once again there are opportunities for designing these controllers so as to mitigate certain loads. In addition to improving the design of the control algorithms, it is also possible to use additional sensors to help the controller to achieve its objectives more effectively. The use of additional actuators in the form of individual pitch controllers for each blade is also discussed. It is important to be able to quantify the benefits of any new controller. Although computer simulations are useful, field trials are also vital. The variability of the real wind means that particular care is needed in the design of the trials. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

大型海上风电机组变桨距PID控制策略研究

文章针对大型海上风机的叶片具有较大惯性的问题,分析了传统变桨距PI控制器的不足,从而设计出带有超前环节的变桨距PID控制器,其能改善因惯性较大而导致的不良控制效果,并通过典型工况的仿真计算及性能分析,表明PID控制器的整体性能优于PI控制器,不仅具有稳定风轮转速、减轻风机振动的优点,还降低了风机的极限载荷水平,从而在保证安全性的基础上降低了机组成本。     

百千瓦中型变速变桨风电机组叶片设计研究

百千瓦级叶片一般采用定桨方式运行,依靠叶片失速进行功率控制,机组运行过程中无法维持较高的效率。基于100 kW变速变桨机组的运行特征,提出了一种100 kW级中型叶片的设计方法。气动设计采用了BEM方法,利用Harp_opt中的优化算法获得较高的气动性能;结构及载荷设计参考IEC标准进行,采用Focus进行铺层设计及结构特性分析。所设计叶片的长度为10.029 m左右,极限及疲劳载荷特性满足GL IIA类风场的运行要求。     

基于成本模型法的1MW变速风电机组的参数优化设计分析

主要针对大型变速变距风力发电机组样机在产业化过程中如何以降低机组发电成本、提高经济性为目标对机组参数的优化设计进行探讨。首先阐述了发电成本的计算过程和成本模型法的基本计算规则,然后以国家863"兆瓦级变速恒频风电机组"研制成果SUT-1000的成本构成为例,分别对机组的主要设计参数即风轮直径和额定风速进行了优化设计和对比,并对依据经验确定的变化因子进行了敏感性分析,最后进行了同等容量约束条件下机组的参数综合优化设计,可适用于不同安装场址。     

切出风速下风力机变桨故障叶片气动特性及准静态结构响应分析

为探究大型水平轴风力机达到切出风速停机后变桨故障叶片的气动特性及准静态结构响应,基于计算流体力学方法对NREL 5 MW风力机变桨故障/成功叶片气动侧状态进行分析,并利用双向弱流固耦合及曲屈分析对典型方位角下变桨故障叶片展开研究。结果显示：切出风速下变桨故障叶片挥舞力矩平均值为变桨成功叶片的13.8倍,且前者的流场尾迹更为明显。此外,180°方位角变桨故障叶片较之0°方位角变桨故障叶片应力及叶尖位移分别减小29.8%和32.7%,一阶屈曲因子增加20.2%。