基于SimHydraulics的风力机液压变桨执行机构建模与稳定性分析

该文在前期液压变桨执行机构系统设计的研究基础上,利用Matlab/Simulink中SimHydraulics建立了完整的风力机液压变桨执行机构物理仿真模型,同时给出了传递函数数学建模结果,并对两种建模方法得到的液压变桨执行机构模型的稳定性作了比较分析,最后通过SimHydraulics所建液压变桨执行机构模型与风力机整机模型联合仿真,完成了风力机的变桨功率控制仿真实验.仿真结果表明,相比传递函数、状态方程、功率键合图等数学建模方法,SimHydraulics物理建模方法所建模型精确性更高,基于该模型的风力机功率控制、稳定性、可靠性等相关分析研究的准确性和可靠性也较高.     

定桨距变转速风力机气动性能测试与流场测量

针对非并网风电系统,搭建了风力机性能测试平台,设计了流场测量系统。利用该平台和测试系统,通过改变磁粉制动器的励磁电流实现对风轮转速的高精度控制。通过测量分析发现了风轮后气流旋转方向与风轮旋转方向相反的规律,得到了输出功率越大,其尾迹内气流的轴向速度越小的结论。该实验结果为定桨距变转速风力机的转速控制策略制定提供了依据,也为非并网风电系统风力机的优化和设计提供了参考。     

极端运行条件下风电行星齿轮传动系统动态特性研究

结合风力发电机实际运行环境,根据bladed强大的风况模拟效果,对风力机运行状态进行模拟,获取了稳态风、启动工况、停机(刹车)条件下风载荷。以外部风载荷为激励,建立了风电行星齿轮传动系统弯扭耦合动力学模型。通过求解模型,分析得到了系统动载荷,以及稳态风、启动工况、停机(刹车)工况条件下的系统响应特性。结果显示:稳态风条件下,内部激励仍对系统起主要作用。但在风机启动时,系统转速与动载荷振动幅值均逐渐增大,变桨操作介入后,产生瞬时过载,系统振动响应幅值急剧增大至26.7%;停机工况下,刹车及变桨的双重作用,使动载荷与转速迅速减小直至停止工作。     

带压缩空气储能系统的全液压海上风力发电系统

1风力发电机对储能的迫切要求由于风的随机性,导致风力机输入功率的随机波动,为了平抑这种波动,现代风力机都采用变桨控制的方法。但是由于变桨控制系统的被控对象—叶片的惯性很大,因此变桨控制只能平抑慢变的风速波动,对于阵风是来不及调节的。况且即使液压变桨系统有足够快的动态,也不宜用于叶片的快速调节,因为叶片会产生强烈的扭振,大大缩短叶片的寿命。储能系统动态远高于变桨系统,可有效平抑风力     

基于SVR风力机变桨距双模型切换预测控制

通过预测控制算法对风力机变桨距系统进行调节,风力机非线性模型采用支持矢量回归(SVR)算法进行拟合。考虑实运转风力机模型的变化,通过改进的序列最小优化(SMO)代替原增量SVR的凸二次规划算法,并用偶然点排除和模型储存复用等新方法,有效缩短在线运算时间,实现了改进型增量学习算法的在线辨识。此外,由于电液比例变桨距执行机构的差动回路设计和风力负载的单方向性,造成桨叶顺桨和逆桨时系统模型并不一致,本研究的预测控制过程采用双模型切换。整个算法在变桨距风力机半物理仿真试验台上进行试验,当风速高于额定风速时,与常规的PID控制和单模型SVR预测控制相比,发电机输出最大功率误差分别从约9%和10%降低到3%左右。     

风力机变桨轴承故障诊断的冲击链检测法

通过研究风力机变桨轴承的结构和运转条件,本文发现随着叶轮的转动,变桨轴承的滚动体与滚道的四个接触点交替接触,这使得滚动体在滚道上连续滚动的时间较短。本文通过在叶轮不旋转时采集变桨轴承振动信号,得到滚动体在滚道上较长时间连续滚动的振动信号。通过分析变桨轴承故障振动信号的特征,得到了其冲击振动规律,提出了在时域波形中自动识别冲击振动及其近似周期性的冲击链检测方法。应用结果表明,冲击链检测方法能够有效地自动检测变桨轴承的局部故障以及滚道内存在异物的状态。     

基于欧姆龙PLC的风电机组变桨距系统

随着风电技术的不断成熟与发展,变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性,又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻,整机的受力状况大为改善,使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率,输出功率最大,从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加,采用变桨距技术已是大势所趋。目前,变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距,按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。     

2MW风力机液压变桨电液作动器系统设计与仿真研究

根据bladed风力机载荷计算软件得到2MW风力机叶片扭转载荷,设计了一种适用于统一变桨的变桨电液作动器系统,运用AMESim软件搭建机械系统、液压系统、电机控制及电子系统,通过将叶片随风速变化的实际载荷加载到机械系统中,仿真正常关桨(-2°～90°)和开桨(90°～-2°)、正常运行发电及紧急关桨工况,结果表明电液作动器系统在正常关桨和开桨、正常运行发电工况下可以平稳无超调的达到系统给定位置,在紧急关桨工况下可以在7 s内快速关桨,保证风力机运行安全。综上,电液作动器系统设计方案可行,能够满足2MW风力机统一变桨的变桨需求,为下一步试验平台搭建提供支持。     

基于改进的粒子群算法的风力机叶片优化设计

基于有限叶片变环量气动计算模型,加入攻角随风速的变化处理,根据风电场中来流速度的概率分布,并以风力机最大年发电量为目标,建立优化模型,使用改进的粒子群算法进行搜索,寻找全局最优解.采用改进的粒子群算法设计的优化程序,设计了1.3 MW定桨失速型风力机叶片,并与现有的风力机叶片作比较.优化后,风力机叶片的弦长明显减小,达到额定风速后的功率输出情况,也满足了定桨失速型风力机的功率控制要求,说明本文所述的优化设计方法的有效性和实用性.     

风力机变桨轴承热力学分析

变桨轴承是确保风力机变桨机构正常稳定运行的关键部件。针对风力机变桨轴承的因摩擦升温而导致的轴承老化和磨损问题,建立风力机变桨轴承的三维模型,并对轴承模型进行热力学仿真分析。仿真结果显示,风力机稳态运行时,变桨轴承的下滚道比上滚道平均温度要高;当摩擦系数从0.02增长到0.1时,轴承的最高温度大幅度上升;在温度场和载荷同时存在的情况下,对比只施加载荷的情况,轴承所受最大应力大了约三倍。该研究对于提高风力机变桨轴承的可靠性、完善变桨轴承设计方法具有参考价值。     

变速变桨距双馈风力发电技术研究

大型风力发电机组多具有变速变桨距功能,能够通过控制桨距角来调节机组的功率输出,使整个风力机的功率控制更为有效.通过对变速变桨距双馈风力发电机组的控制策略进行详细分析,给出了变速变桨距风力发电机组的MATLAB仿真波形,仿真结果验证了控制策略的正确性与可行性.     

分散式风电机组复杂风况下阵风控制及载荷优化设计

讨论了分散式风电机组在大湍流强阵风复杂工况下的稳定性问题和阵风检测方式,分析了风电机组的气动特性和传动链模型。针对风电机组在阵风时的过速、过功率、振动过大问题,在传统变桨控制的基础上进行优化,提出动态变桨 ＰＩＤ 增益调节的阵风控制方法,并通过外部控制器编程实现并在 ＧＨＢｌａｄｅｄ软件上进行仿真。结果表明,该方法能够提高机组的稳定性和适应性,并有效降低复杂风况下分散式风电机组关键部位的极限载荷。     

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。     

直驱风力发电机的功率控制

以直驱式永磁同步风力发电机组为对象,为使风机运行在最佳输出功率下,研究了额定风速下基于转速控制的最大功率点跟踪（MPPT）策略,以及额定风速上基于桨距角控制的功率控制策略。并基于Matlab／Simulink对功率控制策略进行了仿真,初步验证了控制方法的可行性。     

变速恒频双馈风电机控制与全功率试验分析

近年来,风力发电机组容量不断增大,提高运行效率、最大程度地利用风能已经成为风电技术研究的重要内容。可实现最大风能追踪的变速恒频双馈风电技术成为目前工程研究的热点。全功率试验是指在地面上建立针对双馈式风电机组进行各种型式试验的功率试验平台,该试验平台要求能够达到风电机组的额定功率输出。在该试验台上可以对风电机组的发电机、变流器、控制系统等部件进行全面的检测和试验分析。     

风电机组粘度对变距减速器功率损失的计算

针对风机运行于低温环境下,变桨减速器对机组变桨距调节控制和变速恒频控制的影响,分析、研究、计算减速器齿轮箱润滑油粘度造成输出功率的损失,统计不同的低温环境下的功率损失值,通过风机WP4100控制系统调节转矩,解决低温环境下变距控制系统的性能对风机的影响。     

基于双PWM变换器的永磁直驱风电系统控制策略研究

针对基于双PWM变换器的永磁直驱风电系统的控制问题,对该风电系统电机侧变换器、电网侧变换器的控制策略进行了详细的分析,提出了一种桨距角控制策略,并基于Matlab/Simulink对永磁直驱风电系统进行了仿真。仿真结果表明,永磁直驱风电系统能够在不同风速下稳定运行,在额定风速以下可实现风能的最大功率跟踪,在额定风速以上通过桨距角控制能将风机系统的功率输出限制在额定值附近。研究结果验证了所提出的桨距控制策略的可行性。     

小型水平轴可变偏心距风力机输出特性分析

由于机械强度和发电机容量等限制,当超过额定风速后小型风力机的输出功率值会不断增大,因此需要采取有效措施控制输出功率。设计了一种具有功率调节功能的水平轴可变偏心距风力机,并对单台1.5 kW可变偏心距风力机样机进行了流场数值模拟及风洞试验。研究结果表明：随着偏心距的增大风轮内外表面最大压力向一侧集中分布,风力机后方速度的亏损程度逐渐降低;当超过额定风速12 m/s后,风力机发生左右偏心可使输出功率值减小,当风速为15 m/s、偏心距为75 mm时,左右偏心所对应的最低输出功率分别为1 353 W和1 539 W,调控误差分别为9.8%和2.6%。上述结果充分验证了可变偏心距风力机功率控制的可行性,同时也为风力机电控系统的设计提供了理论及试验依据。     

Maximal power extraction strategy in the transition region and its benefit on the AEP (annul energy product)

The rotational speed of a wind turbine is limited by the noise constraint of the blade tip speed. The larger the rotor diameter is, the smaller the rotor speed becomes. Therefore, there exists a transition region connecting the max-Cp operation with the power regulation operation. A conventional pitch schedule in this region involves using a fixed pitch. However, if the variable pitch instead of the fixed one is allowed, more electric power can be extracted from the wind. The benefit of using this strategy is analyzed from the point of how much the electric energy can be gained by applying the variable pitch schedule in this transition region.     

运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素.仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性.研究结果表明:启动工况下...