变载荷下风力发电机行星齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学特性

根据风力发电机传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,建立了最小二乘支持向量机风场随机风速模型,获得了由随机风速引起的时变风载荷。采用集中质量参数法建立了风力发电机行星齿轮传动系统中齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了风力发电机行星齿轮传动的变风载输入、齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度等影响因素,对变风速下1.5 MW半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行了仿真计算分析,求得了变风速下行星齿轮传动系统的振动位移、各齿轮副的动态啮合力和非线性动态轴承力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。     

一种垂直轴风力发电机结构设计

垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比,具有起动风速低、风能利用率高等诸多优点和广阔的市场应用前景。本文介绍了一种垂直轴风力发电机的主要结构特点及其设计方法,对垂直轴风力发电机进行结构设计并应用于产品的设计进行了阐述。     

一种垂直轴风力发电机的结构设计

本文首先研究了垂直轴风力发电机的分类以及各种不同结构的优缺点,并在此基础上设计了一种新型的垂直轴风力发电机,该新型风力发电机提高了发电机的能量转换效率,同时具备了低风速启动的性能,占用空间体积较小,安全性高。     

水平轴风力发电机气动分析

本文对水平轴式风力发电机进行气动力分析,为风力发电机可靠性设计,以及在风速变化情况下进行转速调整提供了依据。     

变风速条件下风力发电机输入载荷及其影响因素分析

建立了基于自回归(AR)方法的风场风速模型,求解得到了风速的变化时程;用Glauert方法求得了变风速下风力发电机的输入载荷——推力和扭矩随风速的变化时程;通过对载荷的统计分析得到了风力发电机的设计载荷谱和载荷雨流计数直方图;分析了变风速下风轮叶片主要参数对风力发电机输入载荷的影响规律:推力和扭矩载荷的均值随桨距角变化的响应明显,并随桨距角的增大而变小;推力的波动幅值随桨距角的增大先是增大然后减小,而扭矩的波动幅值则随桨距角的增大而单调减小;推力随叶片扭转角和攻角的变化响应明显而扭矩随扭转角和攻角变化的响应不明显。     

小型风力发电机偏心轴叶片设计与计算

为了小型风力发电达机达到微风启动,强风制动的特点,对发电机叶片结构形式采用偏心轴式设计.首先叙述了偏心叶片的设计机理和特点,其次基于空气动力学基本理论,在一定简化条件下,推导出水平式风力发电风速和风压的计算关系式.以此为基础首次计算得出带有新型偏心轴叶片的小型风力发电机切入风速、切出风速、额定转速、最优偏转角度、偏心距等重要技术参数.该结果为小型风力发电机偏心轴式叶片设计提供一定的理论基础和指导意义.     

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。     

基于预期SVM-DTC的双馈风力发电系统研究

针对双馈风力发电机的传统直接转矩控制(DTC)会造成转矩和磁链的波形脉动的问题,提出一种基于预期空间电压矢量的双馈风力发电机直接转矩控制,利用矢量控制连续平滑和直接转矩控制快速响应的特性,补偿风速变化引起的扰动,提高系统的动态性能和稳定性。仿真结果表明,对于风速变化,基于预期SVM-DTC的双馈风力发电机在磁链轨迹、转速响应与调节、转矩跟随与脉动抑制以及电压波动等方面的控制性能都优于传统DTC。     

用BP网进行变速风力发电机组控制分析

传统的控制需要精确的风力发电机的数学模型,而因为空气动力学的不确定性和电力电子的复杂性,使风力机系统精确模型难以建立,特别是在风速突变以及有扰动存在时,风力机的控制和分析很复杂;为了克服这一困难,用神经网对变速风力发电机组进行控制;设计功率系数曲线的BP网模型及最佳桨距角的BP网模型,在低风速时跟随风速获得最大功率系数,高风速时保持功率最大并在允许范围内.在MATLAB环境下给出了用BP网对变速风力发电机控制的仿真模型和仿真结果,显示采用神经网控制器控制有很好的抗风速突然波动的作用,能有效地抑制扰动.     

定桨距风力发电机非并网系统内模控制

以定桨距风力发电机为例,对非并网风力发电机的稳定问题进行了分析研究,提出采用内模控制方法消除定桨距风力发电系统本身存在的正反馈效应,设计出稳定的控制系统.在系统中采用检测风速的控制方法,由风速检测值得到转速参考值,根据转速参考值与反馈值之间的误差信号得到发电机转矩参考值,转矩控制系统通过调节其输出端电流控制实际的电磁转矩,使其随参考值变化以实现变速运行.基于实时仿真系统RT-LAB进行了半实物实时仿真实验.实验结果表明:通过内模控制,定桨距风力发电机非并网系统可以在设计风速范围内稳定运行,达到了并网变桨距变速风力机的发电效果.     

风电场运行特性仿真分析

以双馈异步风力发电机组为研究对象,根据其数学模型,建立了反映双馈异步风力发电机机电特性的仿真模型;根据空气动力学原理,建立了风力机及风速仿真模型.在MATLAB/Simulink软件平台上,搭建一个实际的双馈异步风力发电机并网风电场的系统仿真模型.仿真分析了在风速扰动、电网短路故障作用下风电场的运行特性.仿真结果表明:双馈风力发电机组可以很好地对风速波动做出跟踪响应且无明显振荡;在电网短路情况下,双馈型异步风力发电机组具有一定的低电压穿越性能;相比有载调压方式,风电场采用静止无功补偿模式具有明显的优越性.     

能源“风斗士”

正清风拂过,它惬意地旋转在蓝天白云之下,带来视觉的美感和庞大的能源资产。它,就是风力发电机,简称风机。风机是构成风力发电厂的必要条件之一,由塔架、叶片、发电机等三大部分构成。风机运转时,风速通常大于每秒2~4米,但风速太强(超过每秒25米)也不行,所以好的风场不但要一年四季吹风的日子多,风速的大小和是否稳定也很关键。     

永磁同步风力发电机侧变流器控制策略

在传统风力发电机变流器控制中采用风速传感器测定风速作为控制的调节信号,这使成本过高,且风速测定具有一定的延后性,影响电机控制的反应速度.为此,提出一种新的针对永磁同步风力发电机侧变流器的控制策略.将爬山搜索算法与同步电机的解耦矢量控制相结合,实现最大风能捕捉与变速恒频控制.在Simulink平台上搭建了风机模型及同步发...     

水平轴风机旋转叶片非线性动力学模型的建立及分析

 对不同风速下水平轴风力发电机旋转叶片的非线性动力学问题进行了研究,将水平轴风力发电机的旋转叶片简化为做定轴转动的柔性旋转悬臂梁,同时考虑叶片的气动力、弹性力和惯性力,建立了脉动风速作用下水平轴风力发电机旋转叶片的非线性动力学模型,利用牛顿定律建立了转动坐标系下叶片的动力学方程,并利用Galerkin离散方法将系统的运动偏微分方程离散为常微分方程。针对1/2亚谐共振-1:3内共振情形,考虑到方程中存在二次非线性项,采用渐进摄动法对该方程进行摄动分析,将其转化为直角坐标下的平均方程。通过数值模拟,得到这种共振情况下的二维相图、三维相图、波形图和频谱图,分析了风速的变化对旋转叶片振动的影响。数值结果表明,随着风速的增大,系统会重复呈现周期运动—混沌运动—周期运动。     

产业

我国破解"低风速大风电"技术难题2012年12月15日,中国南车株洲电机有限公司成功研制出了我国首台适用于风速低于每秒7米的2兆瓦低风速风力发电机。这一大功率风力发电装备的问世,将"激活"中国中部和东南部风能资源。中国南车株洲电机有限公司新闻发言人朱剑飞介绍,科研人员经过技术攻关,采用新型齿轮传动、轻量化、高绝缘等级及低开路电压等技术,设计并生产出了一台功率达2兆瓦的低风速风力发电机。这种装备能在不足每秒7米的低风速下运转并发电,将被首先应用于湖南境内的渌口风场并开始批量生产。     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

技术市场

双风轮变轴升降风力发电机 (7610-04-gr000035) (专利申请号:98111274.9) 本发明是一种双风轮变轴升降风力发电机,由可沿立柱(塔架)升降和回转的水平梁及设于梁两端可俯仰偏转的风力发电机构成。通过控制水平梁的升降和风轮的偏转,可适应各种风况。充分利用了立柱在额定风速时的强度裕量,与一般立柱强度相当的风力发电机相比,通过简化推算,其风轮面积和装机容量可增加到5.5-8倍,每千瓦装机容量的建设投资费用可降低     

基于自适应模糊控制的双馈异步风力发电机

双馈异步风力发电机采用交流励磁,利用最近邻聚类学习算法建立发电机电磁转矩自适应最优模糊控制,低风速时获取最大风能利用系数.高风速时,变论域自适应模糊控制器控制桨距角,实现机组的变速恒频运行.模拟仿真结果表明了该方法的有效性.     

风电系统及其电压特性研究

基于风力发电机和配电网的特点,对不同风速和系统连接阻抗条件下的风电系统电压特性进行了研究。文章还对风力发电机组并网和脱网情况下风电系统的电压变化进行了仿真。研究结果对风电场的规划及安全运行具有指导意义。     

双馈风力机转子动能在系统频率跌落时的响应能力分析

针对转子动能参与调频的研究主要集中于控制策略上,并未详细、定量研究不同工况下转子释放动能的问题,以1.5MW某双馈风力发电机为原型、采用Matlab/Simulink软件建立了简化的风力机动态模型,并以1.5 MW风力发电机的实时运行数据验证了该模型的正确性;同时,提出了转子释能持续时间的概念,并在所建的风力机动态模型下得到中低风速(6~8m/s)下机组转子释放动能的能力随着风速的变化,继而设计了转子惯性响应控制器,研究了不同风速下风力机在系统频率跌落时的响应能力,得到转速及功率输出的响应曲线。研究结果表明:所提模型具有普遍的适用性;在相应研究条件下,风力机转子释能时间可达15s,风力机输出可增加约15%的有功功率;风速在6~8m/s下,风电机组转子释放动能的能力随着风速的增加而降低。该结果可为双馈感应风力发电机参与电网调频的研究提供参考。