并网定浆型风力机改变叶片安装角对输出功率的影响

本文针对水平轴定浆型风力发电机组,应用空气动力学及风力发电机组叶片在空气中的受力情况进行分析,认为通过合理调整水平轴定浆型风力发电机组的叶片的安装角,能够有效改变增加风力发电机组的输出功率,改变风力发电机组的发电量。在实践中,实际对750KW定浆型风力发电机组叶片安装角进行了调整,通过近两年时间的同期统计数据的分析,发现在不同风速下,输出功率（发电量）会有不同比例的增加,增加范围在额定功率的0．8％至4．7％之间。     

基于模糊综合评价的风电机组装配单元生成技术研究

风力发电机组零部件多,需要根据其结构和装配环境分成合理的装配单元进行分级装配,以降低装配成本和提高装配效率.由于风电机组装配单元划分受多种因素制约,又难以量化,因此使用模糊综合评价法来解决此类非确定性问题.从零件各指标方面对其隶属度进行综合评价,得到模糊评价矩阵,最终通过最小生成树算法实现装配单元划分.通过一台双馈异步风力发电机组装配体的计算实例表明:所提方法能快速生成满足多种装配环境需求的装配单元.     

叶片振动响应的长度分形故障特征提取与诊断

随着我国风力发电系统的快速发展,风机的应用已经越来越广泛,但是风机的振动响应经常引发故障,为了有效缓解这一现象,我们采用应用有限元分析方法,并通过建立一个风力发电机组为300瓦的模型,来进行叶片响应在风力发电机组中的动态特征、运行特征以及状态特征的分析,从而可以更全面的了解风力发电机组叶片的故障诊断、故障检测、鼓掌识别。根据模型的动力学分析、试验模态分析和计算处理,得到了风力发电机组的固定振动模型和固定运行频率,从而验证了该模型是合理的。利用锤击法检测出叶片偏心故障以及正常状态的振动响应,利用叶片振动响应长度分形维数的动力系统非线性理论,把该模型的长度分形维数计算出来,计算出来的数据为诊断识别在叶片偏心故障下的特征量。     

风力发电机组叶片的气动特性优化研究

叶片是风力发电机获取风能至关重要的部件,性能优良的叶片能够使机组获得充足的动力从而实现理想的功率输出。对叶片进行空气动力学特性分析．来获取功率、风能利用率最大时,风机叶片的转速、升阻比、风速的最佳值,以此来提高风力机的气动优良性,对风力发电机组性能的提高具有重要的意义。     

减小风剪、塔影和湍流效应的独立变桨控制研究

针对现阶段兆瓦级风力发电机组(简称风力机组)运行在高风速时,由于风剪、塔影、湍流等因素影响,传统的PI统一变桨控制不能很好控制叶轮的不平衡载荷问题,提出了基于叶根载荷反馈的独立变桨控制策略。首先使用Bladed平台计算翼型的气动参数,再将各叶片的叶根载荷通过d-q坐标变换送入PI控制器中计算出各叶片最佳增益;其结果经过d-q坐标逆变换,获得各叶片附加桨距角,在统一变桨的基础上实现对各叶片独立变桨的控制。通过对叶根载荷和叶片挥舞弯矩仿真分析,验证了建立的独立变桨控制策略的优越性。     

含变速恒频风电机组的电网运行特性仿真

风力发电机组的输出功率会随着风速变化而变化,对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响。本文通过Simulink模块来搭建风力发电机组各部件系统的仿真模型,并将搭建的风力发电机模型与电网模型进行并网运行仿真。研究了不同风速下风力发电机组并网对电网的影响,以及不同故障下风力发电机对电网运行稳定性的影响。结果表明：当风力发电机组在高风速和低风速下运行时,风力发电机组输出的无功功率、有功功率都远小于在额定风速下的,从而造成不小的功率缺额,对电网系统电压幅值的稳定和维持整个电网系统频率的恒定有重要影响。通过对比发现,对稳定性影响程度最大的是三相短路故障,其次的是系统发生两相接地短路故障,接着是发生两相相间短路故障,其中故障后对电力系统稳定性影响程度最小的是发生单相接地短路故障。     

风力发电机位移监测研究

为了保证风力发电机组可靠稳定运行,降低机组的运行维护成本,目前风电机组基本都安装了状态在线监测系统(CMS),国内对于风力发电机轴承、齿轮箱的振动监测技术日趋成熟,对风力发电机组的健康运行起到了一定的保障作用;但是引起风力发电机组振动的原因是复杂多样的,除去轴承、齿轮箱设备自身材质与加工质量原因,现场的安装、调试等因素也会引起风力发电机组的振动加剧。本文提出了一个全新的方式,通过对风力发电机组发电机位移的监测,定量研究风力发电机组安装、调试等因素对风力发电机组运行的影响。     

风电场容量系数计算方法的研究

容量系数反映风电场风速与风力发电机组的匹配程度,是风电场机组选型时衡量的一个重要指标。基于风电场风速的Weibull分布函数和风力发电机组输出特性的二次函数,建立计算容量系数CF数学模型,并且通过工程算例验证该计算方法是可行的。工程实例结果分析表明,风电场的容量系数和发电量近似呈线性关系,同时风电机组的塔架高度和额定风速的选择会影响风电场容量系数的大小。     

风力机组关键部件运动学与动力学仿真研究

以风力发电机组为研究对象,采用动量叶素理论计算叶片在不同风速下的气动载荷,在三维软件Solidworks中建立了叶片、轮毂、机舱和塔架等关键功能部件的三维模型,在Ansys中对叶片和塔架进行柔性化处理,生成叶片和塔架的MNF文件,建立了风力机组关键功能部件的ADAMS刚柔耦合多体系统动力学模型.将计算的载荷均匀加载到风力机组的叶片上,对风力机在风速由5 m/s变化到25 m/s的过程进行仿真,得到叶片和塔架的振动变形特性曲线.该仿真能够很好地模拟风力机的振动变形特性,为风力机的虚拟样机仿真提供了一种可行的方法.     

风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析

为机舱测风更加准确,采用计算流体力学仿真方法,以5 MW风力发电机组为例,仿真分析了额定风速10.5m/s,风轮额定转速11.34r/min情况下,对比带与不带T型阻流板不同叶片结构对风力发电机组的外流场分布的影响,以及对机舱顶部风速风向仪测量精度的影响。计算结果表明带T型阻流板叶片对于机舱顶部风速仪、风向仪测量精度产生较大影响,建议将风速风向仪位置相对于原位置向前移动0.3m升高1m,使风速风向测量精度达到设计要求。     

Assessment of wind energy potential in China

China wind atlas was made by numerical simulation and the wind energy potential in China was calculated. The model system for wind energy resource assessment was set up based on Canadian Wind Energy Simulating Toolkit （WEST） and the simulating method was as follows. First, the weather classes were obtained depend on meteorological data of 30 years. Then, driven by the initial meteorological field produced by each weather class, the meso-scale model ran for the distribution of wind energy resources according each weather class condition one by one. Finally, averaging all the modeling output weighted by the occurrence frequency of each weather class, the annual mean distribution of wind energy resources was worked out. Compared the simulated wind energy potential with other results from several activities and studies for wind energy resource assessment, it is found that the simulated wind energy potential in mainland of China is 3 times that from the second and the third investigations for wind energy resources by CMA, and is similar to the wind energy potential obtained by NREL in Solar and Wind Energy Resource Assessment （SWERA） project. The simulated offshore wind energy potential of China seems smaller than the true value. According to the simulated results of CMA and considering lots of limited factors to wind energy development, the final conclusion can be obtained that the wind energy availability in China is 700 - 1 200 GW, in which 600 - 1 000 GW is in mainland and 100 - 200 GW is on offshore, and wind power will become the important part of energy composition in future.     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

基于PSO算法的风电场储能容量优化计算

本文提出为风电场配置合理容量的储能设备,用于平滑其输出功率的随机波动,并建立了储能容量优化配置的数学模型。该模型以风电弃风率最小化和储能投资成本最小化为多目标函数,以有功功率偏差率来衡量平滑效果,应用粒子群算法（PSO）对该模型进行求解,可以快速、精确地求得最优储能容量值,使得风电场的综合效益实现最优。算例表明,该研究可以较小储能成本及弃风率实现风电场功率的平滑输出。     

风电场储能容量合理取值范围分析

风电场配置适当的储能容量可以有效改善因风速变化而造成的输出功率波动。针对怎样选取储能容量较为经济合理问题,在结合一种所需储能容量计算方法的基础上,提出了评判风电场输出改善效果的两种指标。通过详细分析储能容量合理取值受到的各种影响因素,利用储能容量成本及风电场输出功率平滑效果辅助判据,得出风电场储能容量合理的取值范围。     

Perspectives of China’s Wind Energy Development

Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with largescale development conditions and prospect for the commercialization. The development of wind energy is a systematic project, involving policy, law, technology, economy, society, environment, education and other aspects. The relationship among all the aspects should be well treated and coordinated. This paper has discussed the following relationships which should be well coordinated： relationship between wind resources and wind energy development, relationship between the wind turbine generator system and the components, relationship between wind energy technology and wind energy industry, relationship between off-grid wind power and grid-connected wind power, relationship between wind farm and the power grid, relationship between onshore wind power and offshore wind power, relationship between wind energy and other energies, relationship between technology introduction and self-innovation, relationship among foreign-funded, joint ventured and domestic-funded enterprises and relationship between the government guidance and the market regulation, as well as giving out some suggestions.     

吉林省风能资源利用现状及弃风解决方案探讨

为有效应对吉林省风电发展中的弃风问题,对吉林省风能分布、利用状况进行综述,利用统计数据对吉林省风能资源特点及风力发电出力规律特性进行分析和总结,并提出具有可操作性的解决吉林省弃风问题的方案,力求构建吉林省新型能源消费结构,以新能源替代和抑制常规非再生能源的消费增长,为吉林省节能减排及低碳经济发展探索新思路。     

Large-scale wind turbine blade design and aerodynamic analysis

Incorporating controlled elitism and dynamic distance crowding strategies, a modified NSGA-II algorithm based on a fast and genetic non-dominated sorting algorithm is developed with the aim of obtaining a novel multi-objective optimization design algorithm for wind turbine blades. As an example, a high-performance 1.5 MW wind turbine blade, taking maximum annual energy production and minimum blade mass as the optimization objectives, was designed. A 1/16-scale model of this blade was tested in a 12 m × 16 m wind tunnel and the experimental results validated the high performance. Moreover, both the computational fluid dynamics (CFD) method and a free-vortex method (FVM) were applied to calculating the aerodynamic performance, which was consistent with the experimental data. For completeness, the CFD and FVM were used to analyze the wake structure, and good and consistent results were obtained between them.     

变频变压器在风电并网过程中的频率调整研究

变频变压器(variable frequency transformer,VFT)是一种串联型的灵活交流输电系统设备,也是一种新型智能电网设备.在过去几十年里,我国风力发电是增长最快的新兴可再生能源,但是对于风电并网时的电力系统频率稳定问题也引起了广泛的关注.本文介绍了VFT调节频率的基本原理和转子转速控制设计,并在PSCAD/EMDTC中构建了VFT与风电场的仿真互联模型,进行了对风电并网的仿真实验,着重分析了VFT稳定频率和调节频率的作用.结果表明VFT可以在风电并网中显著提高系统的暂态稳定水平,从而提高风电场的发电能力.     

风电机组基础结构形式及计算方法

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界上国家层面的密切关注。风力发电机组正常运转需要稳固的基础。随着风电机组的装机容量不断增大并由陆地发展到海洋,风电机组基础面临海洋环境更复杂的荷载工况,故对其进行研究更具有理论意义与工程应用价值。系统阐述了中外风电机组基础的结构形式及其计算分析方法的研究现状与最新进展。首先,分别介绍了风电机组基础在陆地和海上不同类型的结构形式及其适用范围;其次,对风机基础结构体系的风机荷载与环境荷载、静力学与动力学计算、结构冲刷及腐蚀等相关问题研究进行了系统分析与归纳;最后,指出风电机组基础研究和应用中存在的问题并提出了研究方向,同时还展望其未来在中国广阔的发展前景。     

风力发电结构有限元建模及其地震响应分析

为研究不同精细程度的风力发电结构有限元模型在不同分析目的下的适用性,基于2MW三桨叶水平轴风力发电机,采用有限元软件ANSYS建立七种不同精细程度的风力发电结构有限元模型,以风力发电结构地震响应分析为例,得到各模型的响应结果,分别从变形、内力、应力以及应力集中四个方面分析各个模型的计算结果.研究结果表明：在计算风力发电结构的变形时,由于上部机舱及叶片对其影响较小,采用低阶单元即可得到较好的模拟结果;在计算塔底截面剪力和截面弯矩时,考虑机舱及叶片的有限元模型得到的结果较为精确,单元选择时需采用高阶实体单元;不考虑叶片、轮毂以及机舱得到的塔筒截面应力离散性较大,采用壳单元可较好地模拟塔筒截面应力;叶片、机舱等上部结构对门洞局部产生的应力集中影响较大,在计算时建议应用塔筒采用壳单元、门洞局部采用实体单元的多尺度模型进行模拟.