基于模糊综合评价的海上直驱风电机组运行状态评估

直驱式技术正在成为海上风电机组传动系统采用的主流技术之一,对其运行状态的实时正确评估显得极为迫切。该文提出一种集成了相关系数法、劣化度分析法和模糊综合评判等多种方法的风电机组运行状态评价模型。采用客观赋权法中的相关系数法来计算指标权重;归一化指标参数采用劣化度分析法;利用多层次模糊综合评价法,自下而上、逐级地对风电机组各个子系统的运行状态进行评价。并对该评价模型进行实际直驱风机在线监测数据的应用分析,评价结果符合实际运行数据的分析。该文研究结果可为海上风电场直驱式风电机组日常运行维护的管理提供决策辅助,提高海上风电场运营效率。     

采用趋势状态分析的风机齿轮箱状态在线评估云模型

为预防风机齿轮箱严重故障的发生,提出了一种结合正态云模型和趋势状态分析法的齿轮箱状态评估模型.首先,基于数据采集与监控(SCADA)系统的历史数据,采用支持向量机方法建立齿轮箱运行温度预测模型,对齿轮箱不同状态下的趋势预测特征进行分析,求取正常和异常状态时预测值的相对误差序列.然后,采用改进无确定度逆向正态云发生器,利用所求取的相对误差序列提取正常云和异常云的数字特征,构建齿轮箱状态评估云模型.该模型能够根据风机SCADA系统的实测数据,求取齿轮箱当前状态对正常云和异常云的贴近度,并采用最大贴近度原则确定齿轮箱状态.最后,利用辽宁某风机齿轮箱的实测数据对所提模型进行验证.结果表明:该模型能够对齿轮箱的早期缺陷及时预警,达到实时监测的目的.     

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.     

基于模糊物元分析的变桨系统状态评估方法

针对现有风电机组状态评估方法实时可靠性差和过多人为因素影响的问题,提出了模糊物元分析评估方法,以实现对机组状态的准确评估.选择故障率较高的变桨系统为研究对象,分两步构建了变桨系统状态评估模型:1)分别以3σ准则和四分位分析法对变桨参数分类处理,避免对参数分布的主观评判;用ANFIS算法对数据进行训练来减小极端值影响,获得多特征参数故障检测结果.2)基于模糊物元分析理论,将上一步多特征参数检测结果作为模糊量值代入物元评估模型中,实现了检测结果模糊值与等级评价指标的统一.应用该方法对风电机组实际运行状态进行了测试,结果表明:与传统二元决策方法相比,能够明显反映变桨系统的运行状态,具有更好的评估效果.从定性角度对比分析,该方法较模糊综合评判方法、传统物元分析方法在变桨系统状态评估方面更有优势.     

基于动态权重-云模型的大型渡槽安全综合评价

针对传统渡槽安全评价方法忽略了评价指标权重的动态变化，不能实时反映危险因子对渡槽实际运行状态的影响等缺陷，提出了一种基于动态权重-云模型的渡槽安全综合评价方法，引入动态权重模型为评价指标动态赋权，并利用云模型获取评价指标隶属度。将该方法应用于南水北调中线干线工程M河渡槽安全评价并与静态权重模型评价结果进行了对比，结果表明，动态权重-云模型实现了评价指标层权重计算结果随工程运行状态的实时变化，同时对危险因子的识别敏感性更高，提高了评价方法对复杂运行环境下渡槽安全综合评价的适用性和准确性。     

风电机组主轴系统实时可靠性分析与预测方法研究

对于历史数据不完整的风电机组系统,运行过程中需要对系统和设备进行实时可靠性分析和预测。以风电机组主轴轴承系统为例,以参数偏差为其量化指标,建立实时的可靠性评价模型,对风电机组主轴轴承系统进行实时状态评价和可靠性分析。同时,基于灰色预测法对监测参数进行趋势预测。根据趋势预测结果,结合实时可靠性分析所确定的系统当前状态评价结果,及时预警并识别故障,确定设备维修方案,保障风电机组良好运行。     

采用动态灰聚类算法的风电场动态等值方法

针对风电机组运行状况间具有动态灰色关联性的特点,提出一种基于动态灰聚类算法的风电场动态等值方法.首先,根据实测运行数据对风电机组间的关联性进行分析,并确定数据样本的跨度选取时长.然后,采用动态灰关联分析,构造一个可以体现风电机组运行状况间动态灰色关联性的关联度矩阵G;进而以G中的样本组作为聚类指标进行K均值聚类,得出更合理的机群划分结果.最后,采用容量加权法计算机群等值参数,完成风电场的动态等值.仿真实验结果表明:所建立的动态等值模型与详细模型较接近,能够较准确地反映风电场的动态响应特性.     

基于广义回归神经网络的风电机组性能预测模型及状态预警

提出了一种基于广义回归神经网络（GRNN）的风力发电机组性能预测及异常状态预警方法。通过分析运行中影响风机主轴转速和发电功率的主要因素,确定了性能预测模型的输入和输出参数。运用SCADA系统的真实历史数据,采用广义回归神经网络（GRNN）建立了风电机组的性能预测模型,通过比较模型的预测精度对GRNN的平滑因子进行了优选。以此模型为基础,采用滑动数据窗方法实时计算风电机组转速和功率的残差评价指标,当评价指标连续超过预先设定的阈值时,则可判断风电机组状态异常。采用某实际风电机组若干历史故障发生前后的真实SCADA数据进行模拟,验证了方法的有效性。     

基于风场大数据互信息关联的风电机组性能评估

在风电机组现场运行大数据基础上,提出了一种互信息关联分析的风电机组输出功率建模方法;并基于该模型对风机叶片加装涡流发生器前后风电机组的性能进行了评估分析。计算验证结果表明:所建模型能够较好的拟合机组的输出功率;同时在叶片前缘附件加装涡流发生器,可以有效的改善机组的发电性能,提升风机对风能的利用率。     

风电时序动态修正的实时调度计划研究

针对风电功率预测偏差影响电力系统发电计划准确性的问题,提出了一种超短期内风电时序动态修正的实时调度模型.该模型采用马尔科夫链时序预测方法,以5~15min为周期动态修正风电超短期预测功率的时间序列,并以煤耗增量最小和弃风最小为双重优化目标,同步修正风电场及常规机组的发电计划,最后将模型转化为凸二次规划及其拉格朗日对偶问题,并基于原-对偶内点法构建求解算法.通过对含风电场的10机组系统的仿真分析表明:所提模型在日内调度过程中进一步优化了系统的运行成本,同时提高了系统跟踪风电功率波动和消纳风电的能力,所采用的求解算法收敛迅速、鲁棒性强,可适应于实时调度的计算需要.     

风力机启停机过程中的振动特征分析

风力机运行中由于受到环境荷载和叶轮转动的激励作用,塔架产生振动,影响风力机寿命.为了分析风力机在启停机过程中的振动规律和动态特性,对1.5 MW风力机塔顶的振动进行了长期监测,并采用基于数据驱动的随机子空间法识别了结构一阶自振频率和阻尼比.对监测结果进行统计分析,发现该风力机在并网转速附近运行的时段较多,当风力机启动经过并网转速时,有明显的共振现象,而风力机停机经过并网转速时,共振现象则不明显.模态识别的结果表明,一阶自振频率随运行工况不同而微幅变化,风力机启动经过并网转速时的阻尼比较小,风力机停机经过并网转速时的阻尼比相对较大.此外,基于Sommerfeld效应对风力机启停机过程中的不同振动现象进行了解释.本文成果对于掌握同类型风力机的振动特性和动力参数优化具有借鉴意义.     

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒―基础―地基"整体三维精细有限元模型,研究土―结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土―结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.     

基于组合赋权法和云重心评估法的燃气轮机健康状态评估

鉴于表征燃气轮机健康状态的信息具有模糊性和随机性的特点,提出了一种基于组合赋权法和云重心评估法相结合的健康状态评估方法。方法首先运用层次分析法和熵权法分别计算燃气轮机评估指标的权重值,再通过组合赋权法,得到具有主客观意义的权重;在此基础上,引入云重心评估法对燃气轮机进行评估;并采用加权偏离度衡量系统状态变化的程度,从而确定燃气轮机健康状态等级。以某型真实燃气轮机为例,对其进行了试验验证。验证结果表明,提出的基于组合赋权法和云重心评估法的健康状态评估方法能有效对燃气轮机进行评估;并能够弱化燃气轮机健康状态监测信息的随机性和模糊性。     

风力发电高塔系统抗风动力可靠度分析

介绍一种基于广义概率密度演化理论的动力可靠度分析方法.结合随机脉动风场物理模型和"桨叶-机舱-塔体-基础"一体化有限元模型,分别分析1.25 MW风力发电钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔的抗风动力可靠度.研究表明,广义概率密度演化方法可以有效地分析风力发电高塔系统抗风动力可靠度.相比风力发电钢塔,钢筋混凝土风力发电高塔具有更高的可靠度.     

风力机翼型非定常气动力分析(英文)

基于状态空间描述的Beddoes-Leishman动态失速模型,对风力机翼型进行非定常气动力分析.考虑到风力机翼型工作时的实际情况,在模型中忽略了可压缩性效应和起始于翼型前缘的流动分离.模型考虑了气流的近尾流效应和在失速区域的后缘分离效应.模型用4个气动状态来描述非定常气动力系数动力学,其中两个用于描述近尾流效应中的时间迟滞,另两个用于描述后缘分离效应.采用模型对做简谐变桨运动的FFA-W3-241风力机专用翼型进行了非定常气动力分析.数值计算结果与实验值吻合良好,说明模型能较好地描述风力机翼型的非定常气动特性.将动态失速数值计算模块与已有的风力机气动与结构分析软件集成,利用软件对一台1.5MW变速变桨距风力机的发电工况进行了仿真.仿真结果表明,翼型的非定常气动特性对动态载荷计算结果影响很大,因此在风力机的设计过程中应该予以充分考虑.     

不同分析方法对风力机塔筒动力特性的研究

以云南某风场的风力发电机为例,分别采用解析法与有限元法对风机塔筒进行模态分析,得到结构的动力特性。在对比不同计算方法计算结果差异的基础上,对塔筒刚性与风轮旋转诱发的塔筒共振进行了研究。结果表明:有限元模型简化少,且计算结果丰富;结构基本对称的柔性风机塔筒在启动过程中必然出现2次瞬态共振现象;正常运营阶段,风力机风轮不会诱发柔性塔筒产生共振现象。研究为风力机塔筒的设计提供了理论依据。     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题，该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型，分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律，进而采用支持向量回归方法，重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系，建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型，实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象，并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能；优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低，齿面和轴承载荷分布更加均匀，均载性能得到明显提升。     

传递矩阵法在风力机塔架动力学分析中的应用

根据风力机圆筒型塔架和基础的结构特点,将塔筒简化为无质量梁单元和集中质量单元的组合,并将塔架基础简化为平动弹簧阻尼系统和扭簧扭阻系统的组合。使用传递矩阵法构建了风力机塔架及其基础的动力学分析模型。对某滩涂型风力机塔架进行了自振频率及振型分析,分析结果同测试结果和有线元结果基本相同。传递矩阵法相对于模态分析法和有限元法具有建模容易,计算速度快等优点,非常适合风力机塔架的结构动力学分析。     

兆瓦级风电机组传动链动态特性分析

由于风力发电机组安装在柔性支撑塔架上,传动链承受着变风向、变载等恶劣工况,其故障率一直较高,成为风电发展的瓶颈。研究考虑风机塔筒摆动与传动链扭转振动的耦合效应,利用集中参数法建立基于柔性支撑的兆瓦级风机传动链耦合动力学分析模型,开展兆瓦级风电机组传动链动态特性研究,揭示其动态特征及变化规律,利用坎贝尔图对潜在共振点进行分析,得到切入转速与传动链之间潜在共振频率。基于Simpack有限元法对传动链动态特性进行分析,验证分析方法的正确性。