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双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真

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热力发电 2024年第3期53卷 34-41页

作者：刘河生雷航张瑞刚西安热工研究院有限公司陕西西安710054

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速... 详细信息

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。

关键词：双馈型风电机组传动链扭振卡尔曼滤波等效疲劳载荷年发电量

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风电机组永磁发电机温度场疲劳仿真研究

机械设计与制造工程 2024年第3期53卷 29-33页

作者：晁贯良太重集团(上海)装备技术有限公司上海200120

针对MW风电机组永磁发电机温度场疲劳计算问题进行研究,通过预埋在发电机绕组附近的温度传感器采集温度获得温度场疲劳载荷;分析确认发电机定子结构的材料力学性能、几何结构、应力与温度载荷满足线性关系;提出一种发电机母材及焊缝温... 详细信息

针对MW风电机组永磁发电机温度场疲劳计算问题进行研究,通过预埋在发电机绕组附近的温度传感器采集温度获得温度场疲劳载荷;分析确认发电机定子结构的材料力学性能、几何结构、应力与温度载荷满足线性关系;提出一种发电机母材及焊缝温度场疲劳计算的新方法;运用子模型技术及热点应力法对新方法的计算结果进行对比验证。研究结果表明,这种新方法满足发电机温度场疲劳计算的工程需求。

关键词：永磁发电机温度场等效疲劳载荷热点应力法

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计及载荷计算的风电机组偏航控制优化研究

计及载荷计算的风电机组偏航控制优化研究

作者：王传玺华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

我国在“十四五”规划中明确提出,中国由工业文明走向生态文明的标志性转折点是实现碳达峰与碳中和目标,而风能的充分利用则是实现此目标的重要途经之一。风电机组偏航控制系统是影响风电机组发电效率的关键因素,通过对偏航控制策略进... 详细信息

我国在“十四五”规划中明确提出,中国由工业文明走向生态文明的标志性转折点是实现碳达峰与碳中和目标,而风能的充分利用则是实现此目标的重要途经之一。风电机组偏航控制系统是影响风电机组发电效率的关键因素,通过对偏航控制策略进行优化,可以有效提高机组的风能利用效率。风电机组的控制策略通常以有功功率与发电量等生产效益指标为直接的指导标准,而风电机组载荷特性,除极限负载以外,往往不参与控制策略的设计。本文针对现役风电机组偏航控制系统常见控制策略,在综合考虑风电机组气动载荷与发电功率特性的情况下,以风电机组的叶根弯矩与塔顶推力两种主要的气动载荷为目标,与风电机组有功功率共同作为优化目标,对偏航控制关键参数进行优化并利用Bladed软件实施验证。首先对Bladed风机模型做线性化分析处理,以风况等为输入、有功功率及载荷为输出,构建2MW风力发电机组线性化模型;根据IEC61400对湍流风生成的标准,生成用于偏航控制策略优化的典型实验风况,基于此实验风况,以偏航控制策略中的阈值及延迟时间为对象,构建风力发电机组偏航控制过程线性化计算模型。之后基于偏航控制系统线性化模型,在典型实验风况下做优化求解,将求解过程中计算得到的稳态下的风电机组气动载荷通过雨流计数算法,结合线性积累损伤准则,计算相应载荷的等效疲劳载荷,根据帕累托优化理论寻找更优的控制器参数。同时,基于优化前后的偏航控制策略,编写PLC程序复现偏航控制策略,并利用Bladed Hardware Test软件模块联合PLC硬件控制器实现风电机组偏航控制动态过程的半物理实时仿真,并针对实时仿真计算结果做提效分析以及等效疲劳载荷评估。最后,本文提出了一种基于API接口的风电机组偏航控制策略优化及载荷分析的云计算方法,将风电机组线性化模型计算及等效疲劳载荷的评估功能二次开发,形成新型工业应用程序并实现云服务部署,从而提高运算求解效率并实现功能算法共享。

关键词：偏航控制参数优化等效疲劳载荷实时仿真性能评估云计算

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究（英文）

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船舶力学 2017年第12期21卷 1527-1539页

作者：韩超帅马永亮曲先强张猛哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,... 详细信息

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性。接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据。相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效。

关键词：海上风机热点应力时域风载荷疲劳载荷谱等效疲劳载荷

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大型水平轴风力机塔筒焊缝强度分析

太阳能学报 2014年第10期35卷 1981-1987页

作者：龙凯毛晓娥华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 工程车辆轻量化与可靠性技术湖南省高校重点实验室(长沙理工大学) 长沙410114

为实现某大型水平轴风力机塔筒截面焊缝强度设计,介绍了DIN18800-4应力计算的工程算法,针对2.0 MW直驱型风力机塔筒某一截面进行极限强度校核。根据疲劳载荷分类,提出等效疲劳损伤和时序疲劳损伤两种不同计算方法。推导了等效疲劳载荷... 详细信息

为实现某大型水平轴风力机塔筒截面焊缝强度设计,介绍了DIN18800-4应力计算的工程算法,针对2.0 MW直驱型风力机塔筒某一截面进行极限强度校核。根据疲劳载荷分类,提出等效疲劳损伤和时序疲劳损伤两种不同计算方法。推导了等效疲劳载荷、等效疲劳应力与等效疲劳损伤的计算公式。针对某一截面对等效疲劳损伤和时序疲劳损伤进行分析计算和结果对比,给出两者等价性条件与适用条件。结果表明,被校核的截面焊缝满足强度设计要求。提出的方法在大型水平轴风力机塔筒截面焊缝极限强度与疲劳强度分析上具有可行性和有效性。

关键词：风力机塔筒焊缝疲劳等效疲劳载荷时序疲劳载荷

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大型风电机组激光雷达辅助模型预测控制方法

中国电机工程学报 2016年第18期36卷 5062-5069,5131页

作者：韩兵周腊吾陈浩田猛邓宁峰湖南大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410082 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410114

随着风电机组基础结构的不断增大,风电机组的控制方法面临新的机遇和挑战,而遥感测量技术的发展给传统风电机组控制策略提供一个新的研究领域。该文提出了基于激光雷达(light detection and ranging,LIDAR)辅助风电机组模型预测控制方... 详细信息

随着风电机组基础结构的不断增大,风电机组的控制方法面临新的机遇和挑战,而遥感测量技术的发展给传统风电机组控制策略提供一个新的研究领域。该文提出了基于激光雷达(light detection and ranging,LIDAR)辅助风电机组模型预测控制方法来实现控制系统对风速扰动的前馈补偿控制。首先根据叶素动量理论分析风电机组的载荷情况和LIDAR预测风轮迎风面的有效风速,利用扩展卡尔曼滤波重建噪声状态的非线性风电机组模型的未知状态,对预测时域状态值的进行预测实时处理,以求解最小目标函数获取系统当前时刻的最优化控制,使得系统参考轨迹和未来输出值之间差值实现最小化。最后,通过进行风电机组传统控制方法与LIDAR辅助线性模型预测控制、非线性模型预测控制的对比实验,证明LIDAR与模型预测控制相结合的控制方式能在一定程度上提高大型风电机组的风能利用系数,缓解风电机组的疲劳载荷。

关键词：风电机组模型预测控制二次规划扩展卡尔曼滤波激光雷达等效疲劳载荷

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海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷特性研究

水利水电技术 2016年第10期47卷 134-140页

作者：刘畅李良碧江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

采用风机正向设计软件SAMCEF for Wind Turbine(S4WT),考虑风载荷和波浪载荷的联合作用,对海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷进行研究。首先,对支撑结构进行动力响应分析,得到风、浪联合作用下的疲劳载荷时程曲线,并采用雨流计数法得到... 详细信息

采用风机正向设计软件SAMCEF for Wind Turbine(S4WT),考虑风载荷和波浪载荷的联合作用,对海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷进行研究。首先,对支撑结构进行动力响应分析,得到风、浪联合作用下的疲劳载荷时程曲线,并采用雨流计数法得到疲劳载荷谱。然后,基于线性疲劳累积损伤理论求出对应的等效疲劳载荷。最后,分析相同风速下不同湍流强度等级对疲劳载荷的影响。计算结果表明:对支撑结构疲劳寿命影响最大的疲劳载荷为塔基处的倾覆力矩。风载荷和波浪载荷联合作用下的等效疲劳载荷并不是二者单独作用下的等效疲劳载荷的简单线性叠加,而是介于二者之间。湍流强度每升高一个等级,等效疲劳载荷基本上增加10%左右。

关键词：张力腿平台浮式风机等效疲劳载荷湍流强度

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叶片覆冰对风电机组关键结构安全性的影响

水电能源科学 2021年第5期39卷 184-188页

作者：王之东袁凌王小虎张林中马丽红国电联合动力技术有限公司北京100039 风电设备及控制国家重点实验室河北保定071000

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某***风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型... 详细信息

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某***风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型覆冰、未覆冰两种模型并进行计算。计算结果表明,叶片覆冰导致叶片和塔筒振动降低,翼型升力系数降低,阻力系数升高,发电功率降低,覆冰条件下的叶根、旋转轮毂中心、固定轮毂中心、偏航中心、塔筒底部极限载荷和等效疲劳载荷增大,最大累计循环次数降低,其中叶片挥舞载荷增幅最大。研究成果可为叶片覆冰时机组优化提供参考。

关键词：叶片覆冰风电机组关键结构仿真软件气动性能极限载荷等效疲劳载荷

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风电场湍流强度对机组结构疲劳安全性的研究

应用能源技术 2020年第2期 45-50页

作者：蒋红武巫发明王磊李慧新中车株洲电力机车研究所有限公司株洲412000

为了评估风电场湍流强度对机组结构疲劳的安全性,文中提出了基于扇区权重的k阶原点和中心矩算法对湍流强度不确定度的计算,并对湍流强度的不确定度进行了定义,可以快速的评估机位点的扇区湍流强度是否存在畸变;并基于包络定理构建了轮... 详细信息

为了评估风电场湍流强度对机组结构疲劳的安全性,文中提出了基于扇区权重的k阶原点和中心矩算法对湍流强度不确定度的计算,并对湍流强度的不确定度进行了定义,可以快速的评估机位点的扇区湍流强度是否存在畸变;并基于包络定理构建了轮毂高度处扇区的最大参考湍流强度函数,建立了扇区湍流强度和等效疲劳载荷的关系,并对基于等价湍流计算的传统计算方法的适用性评估方进行了扩展和优化,解决了传统计算方法中需要根据不同材料W hler指数m进行载荷迭代计算的问题。

关键词：湍流强度 k阶中心矩包络定理风电场结构疲劳等效疲劳载荷