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H型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第12期49卷 3105-3112页

作者：张立军米玉霞赵昕辉马东辰马文龙王旱祥刘静中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围... 详细信息

针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围内产生的气动力合成到主轴位置上后不能互相抵消,发生振荡且作用方向不定;对于大型垂直轴风力机,风剪效应的存在有利于降低主轴偏振效应;在H型垂直轴风力机气动设计中,当叶片数为3片时,主轴振动幅度最小;当高径比为0.5088时,主轴振动幅度最小;当展弦比为14.2015时,主轴振动幅度最小。

关键词：垂直轴风力机(VAWT) 偏振效应风剪效应展弦比

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风力机的风剪塔影模拟及功率脉动抑制

中国电机工程学报 2014年第36期34卷 6506-6514页

作者：张兴滕飞谢震吕高飞合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009

为了开展风机变流器的实验室模拟研究,设计基于双馈发电机的动态风机模拟器,提出一种在发电机侧进行转矩指令动态补偿的模拟方案,并建立整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。对风机的风剪、塔影效应进行定量的分析与模拟,详细地研究由于... 详细信息

为了开展风机变流器的实验室模拟研究,设计基于双馈发电机的动态风机模拟器,提出一种在发电机侧进行转矩指令动态补偿的模拟方案,并建立整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。对风机的风剪、塔影效应进行定量的分析与模拟,详细地研究由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。提出一种发电机侧转矩脉动抑制的控制策略,对三次转矩脉动量进行抑制。仿真和实验结果证明了控制策略的有效性和可行性。

关键词：风机模拟风剪效应塔影效应脉动抑制

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双馈风力发电系统3次功率脉动的研究

电网技术 2010年第4期34卷 37-42页

作者：李少林张兴谢震张崇巍曹仁贤合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009 合肥阳光电源有限公司安徽省合肥市230088

为研究风剪、塔影效应引起的转矩3次脉动对风力发电系统的影响,设计了包含风剪、塔影效应的风机动态模拟器,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案,并建立了整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。依据等效风速原理,对风机的风剪、塔影效... 详细信息

为研究风剪、塔影效应引起的转矩3次脉动对风力发电系统的影响,设计了包含风剪、塔影效应的风机动态模拟器,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案,并建立了整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。依据等效风速原理,对风机的风剪、塔影效应进行了定量分析与模拟,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的3次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。仿真结果验证了文中理论分析的正确性和有效性。

关键词：风力发电风机模拟风剪效应塔影效应转动惯量转矩补偿双馈感应发电机 3次脉动转矩

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风力机动态模拟器的仿真研究

太阳能学报 2010年第10期31卷 1366-1372页

作者：李少林张兴杨淑英张崇巍曹仁贤合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 合肥阳光电源有限公司合肥230088

为了满足实验室研究风力发电技术的需要,该文设计了动态风力机模拟器。在分析实际风力机与模拟系统差异的基础上,综合考虑了风力机的风剪效应、塔影效应及其风力机的大惯量特性,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案。详细分析了惯量... 详细信息

为了满足实验室研究风力发电技术的需要,该文设计了动态风力机模拟器。在分析实际风力机与模拟系统差异的基础上,综合考虑了风力机的风剪效应、塔影效应及其风力机的大惯量特性,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案。详细分析了惯量补偿的原理,并对其正确性进行了数学论证。理论分析和仿真结果表明,模拟系统的动特性与风力机的理论动特性高度吻合,可方便地用于实验室条件下的风力发电技术研究。

关键词：风力机模拟风剪效应塔影效应惯量转矩补偿

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风电引起3p闪变的仿真分析

电力自动化设备 2013年第3期33卷 108-111页

作者：胡煜伍青安袁越吴博文傅质馨河海大学能源与电气学院江苏南京210098 湖南省电力公司娄底电业局湖南娄底417000

为研究风电机组风剪效应和塔影效应对电压闪变的影响,依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在MATLAB/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3p频率的电压闪变。由于IEC闪变测试系统在低频段存在误... 详细信息

为研究风电机组风剪效应和塔影效应对电压闪变的影响,依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在MATLAB/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3p频率的电压闪变。由于IEC闪变测试系统在低频段存在误差,提出了基于Hilbert-Huang变换的闪变检测。通过仿真得到结论:风电机组塔影效应引起的电压波动和闪变的频率为风轮转速的3倍,闪变值随桨叶半径和桨叶旋转平面到塔架距离的增大而减小,随塔架半径的增大而增大,轮毂高度和风剪效应对闪变的影响很小。

关键词：风电风剪效应塔影效应闪变 Hilbert Huang变换模型

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双馈风力发电系统特性研究及动态模拟

双馈风力发电系统特性研究及动态模拟

作者：卢磊合肥工业大学

学位级别：硕士

随着人类对能源需求的日益增长，以及当前环境保护的需要，新能源越来越受到各国的重视。风电作为现有新能源中重要的组成部分具有发电建设周期短、装机规模灵活、运行维护方便、可靠性高、造价低等优点，具有良好的经济效益和社会效益... 详细信息

随着人类对能源需求的日益增长，以及当前环境保护的需要，新能源越来越受到各国的重视。风电作为现有新能源中重要的组成部分具有发电建设周期短、装机规模灵活、运行维护方便、可靠性高、造价低等优点，具有良好的经济效益和社会效益。风力发电是一个复杂的能量转换系统，技术难度大，需对其运行特性进行研究。风电系统的相关特性决定了系统能否稳定运行以及并网电能质量;同时由于风力发电的复杂性，简单的计算机软件仿真不足以证明系统的软、硬件的可靠性，这就需要建立实验室条件下的风机模拟系统。本文对于双馈风力发电系统的运行特性进行了细致的研究，并建立了实验室下的风机模拟平台。针对现有风力发电系统模型的不足，本文利用等效风速概念，建立了风力发电中的风速等效模型，其中包含了反映风电场特性的风场风速模型和反映风机气动外形的风机风速。在风机风速中重点选择风剪、塔影这两个会引起风机并网功率脉动的特有效应，建立了详细的数学模型。对于风机机械传动轴，进行了全面的建模描述，并给出了不同模型之间的转化关系。采用定子电压定向的控制方法建立双馈发电机的控制模型。在对双馈风电机组的系统建模基础上，建立了仿真模型，对双馈风力发电系统的运行特性进行了仿真研究。仿真结果较好的验证了所建模型的实用性和准确性。针对实验室采用的模拟设备和实际风机间存在的惯量不匹配问题，本文给出了简单但实用的模拟方法，并对其进行了仿真验证。在上述工作的基础上，利用动态转矩补偿的模拟方案搭建了实验室条件下的双馈型风力发电模拟平台。在建立的风机模拟平台上对提出的风机模拟算法进行了实验验证，实验结果表明所建立的风机模型能较为全面的反映双馈风力发电系统的运行特性。对于并网电能中的功率脉动进行详细的实验，重现了风力发电并网功率中的周期性脉动现象。实验结果证明该风机模拟系统能反映出风电中的并网电能质量、系统稳定性、电网适应性等的当前的研究热点问题，对相关问题的研究将提供有效的硬件平台支持。

关键词：双馈风电系统风机模拟风剪效应塔影效应柔性传动轴惯量补偿

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双馈风力发电系统模拟平台研究

双馈风力发电系统模拟平台研究

作者：李少林合肥工业大学

学位级别：硕士

风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式,近年来越来越受到关注。加之大规模开发利用风电并网发电的要求,研究风力发电系统及其与电网的交互性影响已迫在眉睫。而风力发电系统又是一个复杂的能量转换系统,无论是系统控制策略的验证... 详细信息

风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式,近年来越来越受到关注。加之大规模开发利用风电并网发电的要求,研究风力发电系统及其与电网的交互性影响已迫在眉睫。而风力发电系统又是一个复杂的能量转换系统,无论是系统控制策略的验证还是驱动变流器的检验仅仅通过计算机软件仿真模拟还不足以证明软件、硬件设计的可靠性。但是大量的实际风场实验验证显然是不现实的,而且是极其不经济的;此外即使便于进行实际风场实验,由于实际风场环境的不可控性,实验环境很难达到具体实验要求。为了高效地对系统控制策略及软硬件进行验证,通常需要对风力发电系统进行前期的实验室地面模拟实验研究,因而包含风机模拟平台的风力发电实验室模拟系统应运而生。风力发电系统实验室地面模拟系统中发电机及其控制部分为其实物,故模拟系统的核心为风机模拟。虽然风机模拟方案众多,但多为基于风机平均输出特性的稳态风机模拟,模拟用原动机不能完全反映实际风机动特性,故不适合替代实际风机做风力发电系统实验研究。针对现有风机模拟方案的不足,本文综合考虑了风机的风剪、塔影效应及其风机的大惯量特性,提出了动态转矩补偿的风机动态模拟方案,使得风机模拟器与实际风机具有更为接近的动态响应,可以替代实际风机进行风力发电系统实验研究。此外,文章还建立了双馈风力发电模拟系统其它部分的数学模型,得出了整个双馈风力发电模拟系统的仿真平台。基于双馈风力发电模拟仿真平台,文章研究了动态风机特性对双馈风力发电系统的影响,突出了由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。此外机械传动机构对双馈风力发电系统瞬态性能的影响也得以探讨,最终得出了机械参数的最优选择规律。文章还研究了基于定子电压定向双馈矢量控制的稳定性,考察了系统电气参数对系统瞬态性能的影响。以上研究为双馈风力发电系统参数设计和系统分析提供了有益的参考。在论文的研究过程中,完成了15kW异步电动机-11kW绕线式双馈发电机(M-G)对拖的双馈风力发电系统实验模拟平台的搭建与调试。验证了动态风机模拟器算法的正确性,考察了双馈发电机在不同工况下的运行特性,最终完成了整个模拟系统的动态响应实验。仿真和实验一致证明了风机模拟方案与系统控制策略的正确性。

关键词：风力发电双馈电机动态风机模拟器风剪效应塔影效应惯量补偿 3次功率脉动

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大型H型垂直轴风力机风轮特性研究

大型H型垂直轴风力机风轮特性研究

作者：米玉霞中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置,相对市场广为应用的水平轴风力机,其具有无需对风装置、维修方便、噪音小、安全性高、结构简单好制造等优点,目前垂直轴风力机多以中小型为主,据相关资料显示风力发电机逐渐大型化是一种趋势... 详细信息

垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置,相对市场广为应用的水平轴风力机,其具有无需对风装置、维修方便、噪音小、安全性高、结构简单好制造等优点,目前垂直轴风力机多以中小型为主,据相关资料显示风力发电机逐渐大型化是一种趋势,但大型垂直轴风力机受风剪效应、偏振效应等因素影响更加严重,为此本文针对大型H型垂直轴风力机,以垂直轴风力机叶片、主轴为研究对象,通过研究其在风剪效应、偏振效应、不同工况下的情况,进行风轮特性影响因素分析。本文的主要研究内容包括:1)基于双致动盘多流管模型,计算了风剪切效应下垂直轴风力机叶片上的气动载荷,发现不稳定因素主要集中在法向力载荷上。在此基础上,提出通过改变叶片倾角的方法来改善叶片受力不均情况,研究显示:针对1.5 MW H型垂直轴风力机,叶片的最佳倾角为-7°,经过倾角优化后,一周范围内表征叶片受力不均匀的最大方差值由1.53降到0.96,方差平均值由0.66降到0.52,叶片受力不均现象得到明显改善。2)理论分析了垂直轴风力机主轴偏振效应产生的原因,研究了风剪效应、叶片数量、高径比、展弦比等不同风机参数对主轴偏振效应的影响,结果显示,风剪切降低了偏振效应对主轴的作用。在此基础上,优化得到最佳风机结构参数:叶片数量为3,高径比为0.5088,展弦比为14.2015。3)风机的不同运行工况也是其影响风轮特性的重要因素。采用数值仿真方法,研究了垂直轴风力机在再启动过程、停车过程、四种极端风况下的风轮特性,结果表明:在进行再启动、停车操作时,需适当延长启动/停车时间或者降低风力机的额定转速;正常垂直风剪切、极端运行阵风、极端垂直风剪切、极端风向变化等四种风况中极端风向变化对风轮特性的影响最大。本文对大型H型垂直轴风力机风轮特性的重要影响因素进行了分析,这将为垂直轴风力机向大型化、长寿命方向发展提供一定理论参考。

关键词：大型垂直轴风力机风剪效应偏振效应极端风况 CFD

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风电引起3次脉动闪变的仿真分析

机电信息 2012年第24期 3-4页

作者：常跃飞中国南方电网超高压输电公司贵阳局贵州贵阳550000

依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在Matlab/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3次脉动闪变。

关键词：风电场电压波动闪变塔影效应风剪效应