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.     

风电机组控制系统稳定性分析

风电机组系统的稳定性直接涉及到整机性能、安全及寿命,是机组设计中必须考虑的内容之一。通过GH Bladed软件的模态线性化方法对风电机组进行分段线性化处理,在Matlab/Simulink中搭建风电机组控制算法的非线性仿真模型,然后分别采用阶跃响应、根轨迹、伯德图、Nyquist曲线对比分析开环控制和闭环控制系统的稳定性、闭环控制系统在无扰动和有扰动情况下的稳定性情况,并对某2 MW机组的控制系统进行稳定性分析,分析结果表明,系统是稳定的。对风电机组控制系统进行稳定性分析为风电机组设计如机组的安全性、可靠性、鲁棒性等问题提供一定的理论依据。     

定桨距与变桨距两种风电机组在某地的功率曲线和发电量比较

在某地对定桨距及变浆距两种风电机组的功率曲线和发电量进行比较。变桨距风电机组的风能利用系数高,发电性能好,优越性比较明显。本文通过在某风电厂搜集了几十台风电机组的有关数据,重点对定桨距与变桨距两种风电机组的功率曲线和发电量进行了分析比较。     

永磁风电机组全程高效风能获取非线性控制器设计

针对永磁风电机组中存在的主要非线性环节(风能捕获功率的复杂非线性、发电机的典型非线性),设计风机转子角速度决策环节和非线性控制器,实现对风电机组的精确控制,达到全风速范围高效风能获取的目标。首先通过非线性观测器得到风速估计值,然后通过风能捕获功率的复杂非线性函数分析得到角速度参考值,最后利用角速度参考值与实际角速度值的差值驱动非线性控制器得到控制电压,以实现全程高效风能获取。针对风电机组模型,基于Lyapunov定理设计非线性控制器,能使实际角速度准确跟踪理想角速度的变化。仿真验证结果表明,非线性控制器的设计方法可行、有效。     

大型风电机组发展现状与关键技术

本文在分析风能资源、政策法规、风电技术和发展潜力几方面的基础上，重点阐述了大型风电机组国内外发展现状及存在的问题，指出了实现大型风电机组国产化的关键技术。     

基于深度学习的风力发电机组故障预警方法研究综述

风能作为重要的可再生能源,近几十年来,全球风能使用规模迅速增长,陆上和海上风力发电机组发电容量不断增加。由于风力发电机组故障维修成本巨大,因此必须开发有效且可靠的风力发电机组故障预警方法,在风电机组发生故障前进行提前预警,以便降低风电场的运营和维护成本。目前风电机组数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition, SCADA)已经在风电场有了广泛的应用,其中蕴含着大量的潜在数据信息,同时深度学习方法在海量数据挖掘方面有比较明显的优势,因此深度学习方法在风力发电机组故障预警领域的应用潜力巨大。综述了近年来相关深度学习方法在风力发电机组故障预警的研究进展,总结了风电机组故障预警的大体步骤,分析了各个步骤的具体处理方法,对每种技术方法的特点进行整理分析。最后阐述了深度学习在风电机组故障预警领域所面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。     

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。     

双馈风电机组总体控制策略及运行性能

为了全面准确分析并网风力发电机组实时运行特性,有必要对风电机组总体控制策略及其运行性能进行研究。针对双馈风力发电机组类型,建立了风力机、传动链和双馈发电机的数学模型。从风能最大利用和风机安全运行角度,提出了考虑电机损耗最小的风电机组最大功率输出控制策略,以及考虑转速和功率限制的变桨控制策略。结合双馈发电机功率解耦控制策略对风电机组的总体运行性能进行了仿真。通过仿真、理论分析以及实际风电机组运行数据的比较,结果表明所建立的双馈风电机组数学模型和总体控制策略是有效的。     

山地风电场稳态输出评估方法研究

由于山体地形的特殊性,加之风电机组间存在相互遮挡,在风速和风向变化时山地风电场的稳态输出波动较大,无法充分利用风能。针对以上问题提出一种山地风电场稳态输出评估方法,该方法首先分别构建了计及尾流效应的山体地形风速模型、风电机组的输出功率模型和随机风向模型。在此基础上,结合ArcGIS开发了一套风电场稳态输出评估系统。通过该系统分析了风速和风向变化对山地风电场稳态输出的影响,找出了最佳风向角和最佳风速范围,从而为山地风电场风电机组的最优布局和提高风电场的风能利用率提供了理论指导。     

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。     

风火打捆输电系统小扰动的稳定性

针对风火打捆输电系统小扰动稳定性问题,建立了包括双馈风电机组风力机模型、浆距角控制模型、变流器模型、控制系统模型和感应发电机模型的风火打捆输电系统小扰动模型.详细介绍了风火打捆外送系统小扰动稳定性分析方法;在构造的风火打捆外送仿真系统中对风火打捆输电系统与大电网的联络线紧密程度、风电负载率、风火电配置比例对系统小扰动稳定性的影响进行了仿真分析.仿真结果表明:风电场与系统的联络越弱,系统小扰动稳定性越差,同时风电负载率和风火电配置比例也直接影响系统的小扰动稳定性.     

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。     

变速恒频双馈风电机组建模及仿真分析

为了研究变速恒频双馈风电机组在额定条件下运行时,小范围变化的风速对控制系统性能的影响,以双馈风电机组基础结构和工作原理为基础,应用小扰动分析方法,以随机变化的风速为干扰量,建立风电机组控制系统小扰动三阶线性数学模型,经过仿真分析其动态和稳态性能,为后续优化控制算法的加入提供参考依据。     

并网运行风电机组电压稳定性分析

分析了并网运行的风电机组对电力系统电压稳定性的影响。从静态电压稳定性角度,将风电机组等效成随风速变化的有功和无功电源,分析了风电机组的控制方式、无功功率出力对电压稳定性的影响。动态稳定性的研究中,采用IEEE39节点标准测试系统,仿真结果表明:在提高电压稳定性方面,恒电压控制比恒功率控制具有明显的优越性。     

液力调速风电机组的传动系统特性分析

基于风电液力传动装置数学模型,分析了主要结构参数对风电机组液力调速系统性能的影响;根据导叶可调式液力变矩器的数学模型、传动系统的转矩及能量平衡公式得到了液力调速装置运行时的输入、输出特性,以及整个传动系统的调速范围和效率;定量分析了结构参数对系统传动效率的影响.结果表明:风电机组液力调速系统的调速范围及传递效率与液力传动装置的行星排参数、导叶可调式液力变矩器的循环圆直径有关;依据风轮输入转速合理地选取风电机组液力调速系统的结构参数,不仅可保证液力调速风电机组的高效运行,还能提高风能利用率,降低风电机组的成本.     

浅议风力发电

大规模利用可再生能源已成为世界各国的重要选择。风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式,前景十分看好。重点描述了目前风力发电系统的结构形式和性能特点,并对世界风力发电的趋势进行了必要的阐述,同时针对我国大型风电机组的发展状况,指出了大规模发展风电面临的主要问题与挑战。明确了我国风力发电事业发展的主要措施和途径。     

兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化

为了提高兆瓦级风电机组风力桨叶整体性能,以兆瓦级风电机组风力桨叶气动性能、质量、桨片根部的极限推力和噪声水平为目标函数建立多学科设计优化模型,并充分考虑各学科之间的耦合效应,采用自适应混沌优化算法对多学科设计优化模型进行求解.研究结果表明:兆瓦级风电机组风力桨叶风能利用系数Cp增加12.5％,质量M减小11.00％,桨叶根部的极限推力载荷F减少12.60％,噪声Stotal减小10.48％;兆瓦级风电机组风力桨叶翼型的升力系数和气动性能得到了较大优化.     

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。     

基于mcODM-STA的风电机组变桨系统故障诊断

针对风力发电机组变桨系统故障诊断模型参数难以优化问题,提出了基于状态转移算法优化多类最优间隔分布机(multi-class Optimal Margin Distribution Machine optimized by the State Transition Algorithm,mcODM-STA)的风电机组变桨系统故障诊断方法.该方法选择风电机组功率输出作为主要状态参数,利用Pearson相关系数对风电数据采集与监视控制系统中风电机组历史运行数据进行相关性分析,剔除与功率输出状态参数相关性较低的特征,对余下特征进行二次分析,减少样本特征.将数据集分为训练集和测试集,训练集用来训练所提故障诊断模型,测试集用来进行测试.利用国内风电场实际运行数据进行实验验证.实验结果表明,与其他多种参数优化方法相比,所提方法故障诊断准确率和Kappa系数更高.