大型风电机组惯量控制研究现状与展望

随着风能利用规模的发展,风电渗透率不断提高,局部地区已达到50%以上.由于风电变流器的隔离作用,风电机组的转子运动和系统频率解耦,使得风电机组对于电力系统的惯量几乎没有贡献,降低了系统等效惯量,严重影响系统的频率稳定性.大型风电机组的惯量控制技术旨在利用机组转子动能赋予风电机组主动惯量响应和抑制电网频率跌落的能力,本文综述目前大型风电机组实现惯量控制的主要技术路线,从稳定性分析、控制系统优化、性能分析与评估等方面,介绍惯量控制在双馈风电机组以及全功率风电机组的研究与工程现状,并展望亟待解决的问题与技术需求.     

海上风电场建设重大工程问题探讨

三峡集团公司承担了国家“十一五”科技支撑计划项目中近海风电场选址及风电机组运行、维护技术开发和近海风电机组施工、测试专用设备的研制等有关课题的研究工作,在江苏近海和潮间带建设了多台具有自主知识产权的试验风机。通过研究测风、风资源评估、基础结构、运输吊装、运行维护等海上施工关键技术,以及推动大型海上风力发电机组的研发,探索降低海上风电开发成本的措施。以海水淡化为切入点,开展风电的非并网应用研究,寻求解决风电消纳问题的新方法。     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

风电机组设备选型的主要技术要素探析

风电机组的选择是一个复杂的问题,主要和风机单机容量的选择、功率调节技术考虑、安全等级确定、风机关键部件的技术要求有关。本文从水平轴和垂直轴风电机组等结构型式出发介绍了风电机组结构型式的选择,并阐述了风电机组功率调节技术和安全等级选择方面的分析方法,最后从对风电机组起决定性作用的"单机容量"的角度提出了风电机组的选型方法。     

海上风电场运行维护系统

海上风电产业发展迅猛,海上风电机组运行维护要求不断提升,海上风电场运营管理方式相对落后,使得整体运营费用居高不下,严重制约风电产业的健康发展。该文提出适用于风电产业的大型装备运行维护系统研究方法。在总结国内外风电场特别是海上风电场运行维护的特殊需求和存在问题的基础上,阐述了海上风电场运行维护系统的定位、重点要解决的问题和创新工作内容;设计了系统的总体框架,分析了各个子系统的业务功能及其相互关系,探讨了风电机组物料清单(BOM)和维护工作流程两项关键技术;开发了软件系统并在企业应用验证。     

风电机组故障诊断研究

近几年，风力发电及其技术发展迅速，由于工作环境恶劣，风电机组故障发生率提高，故障诊断成为一个重要的研究课题，该文结合风电机组典型故障分析，提出了一种尝试方法。     

基于遗传算法的风电机组叶片参数优化设计

针对某2 MW大型风电机组叶片进行气动性能分析,根据给出的叶片基本参数,以风能利用系数最大为优化目标,基于遗传算法对风电机组叶片的参数进行全局最优搜索,并对遗传算法和Wilson设计法的优化结果进行数据分析,得到了风能利用效率更好的叶片外形参数。根据叶片外形参数进行建模,应用ANSYS软件对叶片进行模态分析,研究了叶片前六阶模态下的响应情况,通过数值分析确定了叶片的最佳气动参数,为风电机组叶片的优化设计提供有效的方法。     

北车风电海上风电机组概念设计研究

针对北车风电发展战略及发展现状;分析了国内外现有大功率海上风电机组的情况;分析了海上风力发电机组的技术难点、设计要求;提出了北车风电海上风力发电机组概念设计的途径和方法,并对几种海上风电机组概念进行了分析;对北车风电海上风电机组的设计提供思路和建议。     

大规模风电并网对电网的影响及解决措施

指出了风资源的不确定性直接影响风电功率的稳定性,分析了传统风电机组通过电力电子装置与电网相连的矛盾,其谐波导致电力系统谐振,波形畸变,增加输电损耗,危及电力系统的稳定运行;同时,传统风电机组系统支持能力有限,配置无功补偿装置,增加了系统成本,参与一次调频还有难度;而且,风电变流器复杂的结构是机组故障率较高的部件,从而降低了风电机组的可靠性.为解决上述问题,提出了以较低成本、高可靠性、较强的电网适应性为目标的各种新型风电机组技术,以满足风电大规模接入电网的友好性.     

风电机组浮态对风机运输船浮运的影响分析

针对海上风电一体化安装技术中的浮运安全,采用海洋工程设计软件MOSES气垫模块对风电机组的自浮状态进行模拟.通过对船体及风电机组的各向加速度、位移及拖缆力等因素的模拟分析,研究了风电机组初始浮态对风机运输船浮运过程中动力响应的影响.结果表明:随着风电机组的吃水增大,运输船的浮运稳性变差,当风电机组吃水在4,m以下时,其吃水变化对风电运输船浮运的动力特性影响较小;可将4,m设为风电机组的安全吃水深度.在一定范围内,风电机组的筒型基础内外液面高度差越大,船体及风电机组在浮运过程中越平稳和安全.     

基于风速与功率关系的风电机组 运行状态健康指标

风电机组状态识别对于风电机组安全可靠经济运行具有重要现实意义.从风电机组能量转换分析出发,提出和分析了4种基于风速与输出功率关系的风电机组运行状态健康指标的物理力学内涵和计算方法;然后,以2 MW风电机组SCADA数据为基础,对比分析4种健康指标的识别性能,结果表明:基于欧式距离的风电机组运行状态健康指标的识别性能最佳.这为风电机组实时在线运行状态识别提供了一种新途径.     

基于向量式有限元法的风力发电机组一体化仿真分析

大型风电机组为强非线性刚柔耦合的周期时变多体系统,传统有限元方法不能解决叶片转动过程中由于刚体位移而导致的刚度矩阵奇异问题,向量式有限元法可有效考虑叶片的几何非线性和大变形运动、塔架的弹性变形、气动载荷等因素.基于MATLAB平台编制空间梁系结构求解程序,选取悬臂梁受端部集中动荷载和欧拉梁绕定轴转动两个典型算例验证程序的正确性.建立包含机舱、轮毂、叶片和塔架在内的风电机组一体化仿真分析模型,根据机组静止状态下自由振动响应,用模态参数识别方法提取了机组的自振频率,计算结果与传统有限元法吻合.采用谐波叠加法和本征正交分解法相结合的方式,运用B样条曲面插值策略,模拟生成风电机组在正常运行状态下的风速时程.采用向量式有限元法对正常运行状态下的风电机组进行风振响应分析,较好地反映了重力对叶片内力周期性变化的影响以及叶片与塔架的共同作用.     

风电机组传动系统网络化状态监测与故障诊断系统设计

针对现有风电机组监测系统无法对其传动系统早期故障进行有效诊断的问题,研发了一套基于B/S和C/S混合架构的风电机组传动系统网络化状态监测与故障诊断系统。根据应用需求设计了风电机组传动系统状态监测和故障诊断系统、整体框架和功能模块;结合数据采集设备,基于.ENT和SQL Server平台研发了风电机组传动系统状态监测和故障诊断系统,包括网络化数据采集、远程状态监测、信号分析、故障诊断和数据库服务器等模块。该系统成功应用于某风场风电机组传动系统状态监测和故障诊断。     

考虑扭转速度预估的大型风电机组传动链扭振抑制方法

大型风电机组传动链转动惯量大，在随机风速作用下低频扭振风险高，而传统基于确定扭转速度控制目标的传动链扭振控制方法未考虑因测量设备引起的随机测量噪声对扭转速度的影响，可能导致控制性能下降。针对扭转速度测量不确定性，提出了大型风电机组传动链扭振自抗扰控制方法，设计了KF-ADRC扭振控制器，通过卡尔曼滤波动态估计传动链扭转速度，并以扭转速度为零作为ADRC控制目标，控制发电机电磁转矩，抑制传动链低频扭振。研究结果表明：当常规的扭振控制器输入信号存在随机测量噪声时，会显著降低其对传动链低频扭振的抑制性能，而KFADRC扭振控制器在输入信号存在测量噪声时可有效预估传动链扭转速度，较好地实现了传动链低频扭振抑制效果。     

用于风电机组容量评估的容量可信度快速算法

针对以往在利用风电机组容量可信度这一指标来评价风电机组容量时,准确度与计算速度不能兼顾的问题,提出了一种基于负载-失负荷概率曲线来快速准确计算风电机组容量可信度的最大公因子步长算法(GCDS)。该方法首先将风速分布信息和风电机组特性曲线离散化,把风电机组出力建模为多状态,然后应用负载-失负荷概率的递推关系式和以各个机组装机容量最大公约数为步长进行遍历的算法,快速得出加入风电机组前后系统的负载-失负荷概率曲线,最终得出风电机组的容量可信度。仿真和实验结果表明:把1个风电机组加入到41个常规机组的系统中,使用GCDS算法对风电机组容量可信度进行计算,在准确度可以保证的前提下,计算时间仅为0.015 6s,与穷举法相比,计算效率有了极大提升。     

MW级双发电机调速风电机组研制中产学研联合模式研究

MW级双发电机风电机组及控制系统、变流器的研制及产业化项目以产学研联合体为核心，在政府的大力支持下，联合多方合作力量，相互协作完成，实现了多方共赢。该项目解决风力发电机组批量生产中的关键技术问题，实现了大型风力发电机组的批量生产。在实践中探索出了一条可资借鉴的产学研合作模式。     

风电机组接入配电网络时对所接入馈线的要求

为了保证有风电机组接入的配电网络安全可靠地运行，本文从导线的类型、截面和电压降等方面分析了风电机组接入的集电馈线和配电馈线应满足的要求。     

基于一种风力发电机组(750kW)大部件检修起吊装置研究

风力发电机组塔筒一般高达40~80 m,每次更换大部件都需租赁大型起重吊车,维修困难,耗时长,且租赁费用高。为了解决风电机组大部件不易维修更换的问题,我们开发了750 kW风力发电机组专用起吊检修装置,新型的风电专用起吊装置具有运输方便、费用低廉等优点,可以取代传统大型起重吊车。文章就公司开发的750kW风力发电专用起吊检修装置进行介绍。     

风电机组的开放移动控制结构和主控系统设计

针对风电机组点对点封闭结构和随机非线性问题,提出了风电机组的开放移动控制结构和功率曲线LUT线性化方法。在风电机组的线性化转矩和变桨开放移动控制结构框架里,采用PLCopen移动控制系统设计标准设计风电机组主控系统。基于PLCopen标准的风机主控系统设计方法明确了风机转矩和变桨控制器的设计依据和开发标准,对风电机组的主控系统设计和风机整机控制系统集成有指导意义。     

计及杆塔绕流效应的风速模型及其对风电机组输出功率的影响研究

风电场中电力杆塔对风的遮挡可能造成下游风电机组输出功率的降低,为了分析杆塔遮挡对下游风电机组迎风风速的削弱作用,提出了一种基于亚临界雷诺值的杆塔绕流风速模型,该模型计及了尾流效应、山体地形、随机风向三个因素,研究了杆塔绕流对风电机组输出功率的影响;通过理论评估值与山西某风电场的实际监测数据的对比分析可知:在一些特定环境下,绕流效应对风电机组输出功率的影响不可忽视。因此,有必要评估杆塔绕流效应对风电机组输出功率的影响,为风电机组的微观选址提供理论指导。