考虑台风影响的海上风电机组部件剩余寿命预测方法

针对台风天气影响下海上风电机组剩余寿命预测问题,提出了考虑退化状态与台风冲击相依的海上风电机组部件剩余寿命预测方法。基于台风冲击模型及部件状态对部件退化过程的影响分析,构建了考虑退化状态与冲击相依的海上风电机组部件剩余寿命可靠度模型。利用实际监测数据对部件可靠度模型进行修正更新,建立了剩余寿命动态预测模型。采用fmincon函数对离散化处理后的部件可靠度模型进行参数估计,结合运行监测数据修正参数,进而动态预测剩余寿命。以某海上风电机组齿轮箱部件为例进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

风电轴承性能退化建模及其实时剩余寿命预测

为了实时掌握风电轴承的剩余寿命,提出一种基于温度特征量的风电轴承性能退化建模及其实时剩余寿命预测方法。由于风速大小和风向的不确定性,使风电轴承温度在较宽的范围波动,采用移动平均法对风电轴承的相对温度数据平滑滤波处理,提取风电轴承性能退化的温度趋势量;考虑风电轴承在运行过程常受到不确定因素影响,使其性能退化速度随时间而改变,基于Wiener过程建立了风电轴承的性能退化模型,并提出基于极大似然估计的实时参数估计方法;以温度监测值首次超过失效阈值判定轴承失效原则,建立了基于逆高斯分布的风电轴承实时剩余寿命预测模型;最后,应用文中所提出的方法,对实际某风电机组的发电机后轴承性能退化过程分析及其剩余寿命进行预测,并与实际剩余寿命进行了对比和分析,表明文中提出的风电轴承性能退化模型及实时剩余寿命预测方法是正确有效的。     

基于可靠度的风力机部件使用寿命分析

本文针对风电机组运行到达机组设计寿命时,是否仍具有剩余使用寿命进行了研究。提出了基于定制化载荷分析和可靠寿命复核的风电机组剩余使用寿命评估方法,分别计算机组结构承载部件在认证设计条件下和现场条件下的等效疲劳载荷和许用循环周数,结合延寿因子和不确定度计算来评估机组结构承载部件的剩余使用寿命。将该方法应用于评估某老旧风电场750 kW风电机组的使用寿命,结果表明,该750 kW机组运行达到设计寿命后,各结构部件均存在剩余使用寿命,机组可至少延寿运行5.5年。     

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。     

考虑负荷快速频繁调节的汽轮-发电机组轴系扭转疲劳寿命分析

针对未来可再生能源发电容量比例不断提升、传统火力发电机组由承担腰荷的角色向具有深度调峰能力的角色转变的发展趋势,研究汽轮-发电机快速频繁调节出力引起的扭转寿命损耗。利用有限元分析软件ANSYS,建立了汽轮-发电机组轴系模型,得到危险轴段的扭转响应;利用雨流计数法将工作循环应力转化为对称循环下的疲劳应力;考虑负荷的频繁波动,结合Manson-coffin应变-寿命公式和连续损伤理论评估轴系扭转寿命损耗。以国产600 WM超临界汽轮-发电机为例进行仿真,研究扭转寿命损耗与负荷波动性、随机性的关系：随着爬坡率和调峰范围的提高,寿命损耗呈指数增长;权衡机组寿命损耗与可再生能源的消纳,根据机组运行特点选择适当的爬坡率和调峰范围是火电机组将来作为深度调峰机组使用的关键;当考虑负荷的频繁波动特性时,扭转寿命损耗符合累积规则,这是由转子扭转振荡衰减较快造成的。     

双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。     

考虑负荷快速频繁调节的汽轮-发电机组轴系扭转寿命损耗分析

针对未来可再生能源发电容量比例不断提升、传统火力发电机组由承担腰荷的角色向具有深度调峰能力的角色转变的发展趋势,研究汽轮-发电机快速频繁调节出力引起的扭转寿命损耗。利用有限元分析软件ANSYS,建立了汽轮-发电机组轴系模型,得到危险轴段的扭转响应;利用雨流计数法将工作循环应力转化为对称循环下的疲劳应力;考虑负荷的频繁波动,结合Manson-coffin应变-寿命公式和连续损伤理论评估轴系扭转寿命损耗。以国产600 WM超临界汽轮-发电机为例进行仿真,研究扭转寿命损耗与负荷波动性、随机性的关系:随着爬坡率和调峰范围的提高,寿命损耗呈指数增长;权衡机组寿命损耗与可再生能源的消纳,根据机组运行特点选择适当的爬坡率和调峰范围是火电机组将来作为深度调峰机组使用的关键;当考虑负荷的频繁波动特性时,扭转寿命损耗符合累积规则,这是由转子扭转振荡衰减较快造成的。     

考虑风电不确定度的风-火-水-气-核-抽水蓄能多源协同旋转备用优化

随着风电并网渗透率的快速增长,系统的随机波动性显著增强。为合理地协调旋转备用配置效益和风险的矛盾,首先以多面体不确定集刻画风电不确定性,构建了计及风电出力误差概率的期望弃风和期望切负荷模型。在综合考虑风电、火电、水电等多类型电源机组运行特性的基础上,以发电效益与潜在期望风险为备用目标,建立了考虑风电不确定度的风-火-水-气-核-抽水蓄能多类型电源机组协同调度的旋转备用优化模型,并提出了一种自适应遗传算法与分枝切割算法相结合的双层优化算法以求解所建模型。算例结果表明,所提备用方法能自适应地寻找风电最优不确定度,合理地权衡备用策略的经济效益和风险成本,同时所建模型能适应在不同风电预测精度、不同切负荷成本系数以及不同风电调峰特性下的旋转备用优化配置,实现综合效益最优。     

双馈风电机组轴系扭振理论与扭振控制技术研究进展

针对日趋大型化、复杂化的双馈风电机组,机组轴系的动力学研究与扭振控制技术对其降低振动和噪声、延长机组的使用寿命和提高轴系可靠度有重要意义.首先,综述了机组轴系的建模方法等相关领域的研究进展;然后简述了风电机组轴系扭振控制方法与最新技术相关研究领域的研究进展.通过归纳文献资料,对扭振理论和扭振控制技术的研究难点进行了简要...     

考虑极端天气冲击过程的风电机组竞争失效可靠性评估

针对风电机组的运行可靠性易受极端天气影响的问题,提出了一种考虑极端天气冲击过程的风电机组竞争失效可靠性评估方法。同时考虑风电机组自然退化、极端天气冲击导致的瞬时退化以及极端天气持续过程产生的加速退化,构建极端天气下的风电机组综合退化模型;考虑风电机组退化过程对其耐冲击性能的影响,建立风电机组竞争失效可靠度模型以评估风电机组可靠性;基于我国北方某风电场工程数据和极端天气历史数据评估了某2 MW风电机组的可靠性并进行了参数灵敏度分析。结果显示,到第5年时,仅考虑自然退化的方法评估风电机组可靠度为0.84,而考虑极端天气冲击过程的方法评估风电机组可靠度为0.178,后者更加符合工程实际。通过模型参数的灵敏度分析发现,运行时间超过3年后,退化失效开始逐渐影响风电机组的可靠性。     

基于分时间尺度解耦的风电机组气动-机械动态简化表示方法

针对现有风电机组建模中气动-机械部分模型对参数依赖大、参数难以获取的问题,基于分时间尺度解耦的原理提出气动-机械动态模型的简化表示方法。首先基于小信号分析方法得出风电机组简化建模的依据并进行误差量化分析,随后基于快慢时间尺度解耦的思想提出一种由风速直接得到发电机转速和输出有功动态的方法,并制定其适应宽风速区间的控制策略。所得气动-机械动态简化模型包含气动、轴系、最大功率跟踪控制,并通过限幅近似模拟变桨作用。该模型既可以直接用于机组发电性能评估,又可以接入任意详细程度的主电气部分模型接口,进而得到用于并网分析的完整机组模型,大幅简化风电机组模型并降低参数依赖。通过将所提模型与详细模型进行对比,验证了简化建模方法的有效性和精确性。     

基于电气阻尼-刚度控制的双馈风电机组轴系扭振抑制策略

针对现有扭振控制中,难以平衡抑振效果和响应速度的关系,以及高、低速轴的阻尼比变化速率不同导致整体阻尼比难以调节的问题,提出了一种双馈风电机组轴系扭振抑制策略。首先推导了机械扭转角与电磁转矩的传递函数,通过引入等效阻尼和刚度分析了高低速轴机电耦合阻尼比的差异。其次对电气刚度抑制轴系扭振的机理进行分析,根据阻尼和刚度的协调作用,提出基于电气阻尼-刚度控制的轴系扭振抑制策略,得到电气阻尼-刚度控制下的轴系阻尼比变化趋势。最后在搭建FAST-MATLAB/Simulink联合仿真双馈风电机组模块的基础上,引入湍流风与电网暂降激励,对所提策略的抑振效果进行仿真验证。结果表明,相较于传统的阻尼控制,所提策略能够充分发挥传动链的机电强耦合作用,在保证响应速度的同时具有更好的抑振能力。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

大型天然气联合循环电厂的设计优化

为了使我国正在建设的一批大型天然气联合循环电厂投资省、效率高、投产后具有较好的经济效益,对其设计进行优化至关重要。文章对影响大型天然气联合循环电厂效率的各种因素进行了深入的研究,对联合循环系统、燃气轮机选型、蒸汽系统、参数选择、余热锅炉和汽轮机选型、机组轴系配置、动力岛布置等方面进行了设计优化,并提出了明确的优化结论。     

风力发电机组轴系扭振模式稳定性分析

针对带串联补偿装置的并网双馈风力发电机组轴系扭振模式的稳定性,搭建了风力发电机轴系的三质量块等效模型,用小扰动法分析了轴系不同质块间的扭振模式。基于矩阵束算法辨识串联补偿度对风电场发电机组轴系扭转模式稳定性的影响,分析表明在故障情况机组轴系可能发生暂态扭矩放大。在PSCAD/EMTDC中搭建了某实际风电场中风力机轴系和发电机电磁暂态模型以及电网其它部分模型。仿真结果表明:电网故障会引发轴时系扭振模式不稳定现象,同时验证了串联补偿影响轴系扭振模式的稳定性。     

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的功率协调控制方法

在分析直驱永磁同步风力发电机低电压穿越问题产生机理的基础上,提出了一种适用于直驱风机的新型功率协调控制方法。该方法综合使用改进的双侧变流器和桨距角控制手段,低压暂态时,利用变流器直流母线电容充电储能配合风机转子变速储能承担风机产生的不平衡能量,减弱机组机械轴系所受的冲击作用;使用变桨系统减少风机捕获的风能,减轻机组低电压穿越的负担;通过网侧变流器向电网提供动态无功功率,减小网侧电压的跌落幅度;同时在双侧变流器的控制器中增加协调限流控制环节,用以保证风机有功无功控制目标的有效实现。文中所述方法不附加任何硬件,充分使用直驱风机自身可用的控制手段,能够有效提高直驱风机在全风域范围内的低电压穿越能力。最后,使用DIgSILENT/Power Factory搭建仿真实例,验证了所述方法的实用性和有效性。     

基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。     

1 000 MW汽轮机组N+1支撑轴系的不平衡振动特性研究

由于N+1支撑轴系结构特殊性,西门子1 000 MW汽轮机组轴系不平衡振动特性复杂,导致该机型在实际运行中经常出现振动故障。采用有限元法,根据机组基本结构尺寸,建立了轴系动力学模型,通过数值仿真计算了轴系临界转速和振型,分析了轴系上10个平衡位置加重后轴系额定工作转速3 000 r/min下涡动响应,比较得出轴系不同轴向位置加重对轴系振动的敏感程度和影响规律,从而为该型机组实际运行过程中的振动故障监测和诊断分析提供参考。     

Bearing Resistance of Wind Turbine Generator System

The vertical axis wind turbine generator is mainly used for small size wind turbine applications, and is independent of wind direction. Its rotating part (shaft unit) should be rotated by an extremely small torque so as to increase the generation efficiency. However, commercially available bearings are not necessarily suitable for the shaft unit because their static and dynamic load ratings are frequently larger than those required for the vertical axis wind turbine. As a result, the frictional force and the rotating torque of commercially available bearings are too large for the shaft unit to rotate lightly. In this study, through an experiment with an actual vertical axis wind turbine, the bearings used for the shaft unit are reviewed in accordance with IEC61400‐2. Design of a shaft unit with the bearings having the most suitable load rating and frictional force for the vertical axis wind turbine is attempted. The newly designed shaft unit will be applied to the vertical axis wind turbine and will be tested.