系留悬浮式风力发电技术的研究进展与展望

风力发电作为清洁能源利用的重要方式,具有无污染、可再生、方便采集等特点,近年来得到快速发展。相对于传统低空风力发电,系留悬浮式风力发电具有容量系数高、发电成本低等优点,拥有更大的开发价值和发展潜力,已有多个国家开展研究并取得一定成果。本文通过对系留悬浮式风力发电技术发展的调研,归纳四种系留悬浮式风力发电技术类型,分析各技术类型的工作原理与特点,总结未来系留悬浮式风力发电需要重点突破的轻质高强系留缆绳设计与制造、高性能囊体复合材料、稳定与智能控制、高效风力发电飞行平台总体设计、便利展开部署五种关键技术,为后续研究提供参考。     

一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台

提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统；针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程；利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。     

切风模式风力发电飞行器的进展与挑战

风能是当今主流的可再生能源种类之一,目前传统风力发电机只能利用近地风能,而高空风能储量巨大且较为稳定,具有很大的开发价值及潜力。对于高空风能的利用,国际上已经制定出多种方案,部分已进行了飞行试验,而国内相关研究尚处于起步阶段。围绕高空风力发电系统(AWES)的种类和发展情况进行研究,分析了切风模式AWES的飞行原理,介绍了国外代表性的切风模式AWES项目案例,指出了切风模式AWES所包含的系留缆绳、精确控制、多功能基站以及综合优化等关键问题,为国内相关领域的后续研究提供参考。     

盘式对转永磁风力发电机设计与分析

针对现有风力发电系统普遍存在的工作风速范围较窄、风能利用率较低等问题,设计了一种盘式双转子对转永磁风力发电机,双转子对转运行。在介绍该电机的结构与运行原理的基础上,推导了电机功率尺寸方程,给出了该电机的初步设计方法。利用有限元软件对电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到其磁路特点和电磁性能,验证了所提设计方法的有效性。     

基于大功率模块化多电平并网变流器的 永磁直驱风力发电系统矢量控制方法研究

进行了模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter,MMC） 电路拓 扑结构分析,对其工作状态原理进行阐述。将MMC 电路拓扑应用到永磁直驱风力发电 系统,使用基于电容电压排序的矢量控制作为逆变器控制策略。通过仿真软件搭建所述 系统,仿真结果证实了控制方式的可行性。     

Z-源稀疏矩阵变换器励磁的双馈风力发电系统

针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。     

碳纤维:机遇与挑战并存

虽然碳纤维面临诸多机遇,但前景依然乐观,汽车和风力发电就是不容忽视的潜在市场。碳纤维作为原材料,仅仅是复合材料的主要成本之一,而且厂商也正在努力降低碳纤维的价格。产量又取决于价格,改进原丝可能是一条不错的解决途径。     

铺层铺叠工艺现状

LAP公司CAD-PRO系列的激光投影设备为航空、船舶、风力发电等行业的碳纤维或剥离纤维增强复合材料构件制造过程中的铺层和元件定位提供了有效工具。     

重庆机床集团YD31125CNC6大型数控机床

日前,由重庆机床(集团)有限责任公司研制的用于风力发电行业大模数齿轮加工的YD31125CNC6大型数控滚齿机首次完成了大模数齿轮的加工试切,工件参数为模数m=20mm,齿数Z=25,齿宽B=140mm,外径D=540mm,一刀切加工精度达到了GB10095-2001IT7级,这表明为风力发电行业齿轮加工量身打造的大型全数控滚齿机的关键技术研制已取得成功.     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

热塑性复合材料超声焊接技术

由于热塑性复合材料被越来越多地应用于航空、风力发电以及各种交通运输等工业领域,具有高效率的热塑性复合材料焊接技术也得越来越受到重视。超声焊接技术是多种焊接热塑性复合材料技术的其中一种。它具有极快的生产效率、极短的周期时间以及容易进行自动化生产和控制的特点。     

双绕组异步发电机励磁控制的优化

定子双绕组异步发电机控制绕组接励磁调节器,只提供发电机励磁无功功率。在风力发电、飞机发电等系统中,转速变化范围较宽,控制绕组无功变换器的容量最小有助于降低系统的成本,功率绕组励磁电容的大小直接影响着控制绕组的无功容量。文章研究了变速变载运行时励磁电容的取值对于控制绕组无功容量的影响规律,对电机参数的影响作了分析。     

基于TS模糊加权的风电机组变桨距的双模切换优化控制

传统的PID变桨距控制策略存在转速波动较大、变桨的跟随性差等不足。以风速在额定风速以上时,使风力发电机的输出功率稳定在额定功率为研究目标。针对变桨系统的惯性与延迟导致控制过程动态调节时间长、超调量大等问题,提出了基于TS模糊加权的模糊与PID双模切换优化变桨距控制策略。以Simulink为试验平台,搭建了永磁直驱风力发电机组的变桨控制模型。通过仿真验证表明,所提方法具有模糊控制与PID控制两者的优点,控制输出的桨距角精度更高、响应速度更快、功率更加靠近发电机输出的额定功率。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

风机叶片的防颤设计与试验分析

本文着重对内蒙牧民用的50瓦双叶风力发电叶片振动故障进行了理论计算和试验分析研究。确认叶片出现强烈振动故障是流体诱发振动的颤振现象。为了排故,设计了两种排振防颤的新叶型,即FD-01型与FD-02型。其中对FD-01型叶片进行了野外车载试验,并采用7T17频谱分析仪进行数据处理与分析。      

永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究

分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。     

混合励磁电机的技术现状及新进展

在永磁电机的基础上,增设电励磁绕组,以辅助调节永磁磁场,形成混合励磁电机,融合了永磁电机和电励磁电机的优点,应用前景广阔。介绍了混合励磁电机的调磁原理；从电机原型的角度,分析了混合励磁电机的发展思路；以励磁方案为着眼点,提出了一种混合励磁电机的分析方法；结合混合励磁电机的电磁特性,研究了混合励磁电机应用于汽车、风力发电和航空航天等领域的控制方案和系统结构；提出了混合励磁电机技术的研究思路,展望了混合励磁电机的发展趋势。     

平抑风电场功率波动的复合储能系统控制策略

随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。     

永磁直驱风电机组的机侧多整流器并联运行控制研究

永磁直驱风电机组的容量通常达到了兆瓦级,采用并联型结构是主要的扩容方式。传统的风电变流器机侧整流器具有独立的直流母线,虽具有控制简单的优点,但也存在成本高、体积增加等问题。针对这个问题,提出了一种新型的永磁直驱风电机组机侧多整流器共直流母线并联运行控制策略。该控制策略的控制目的是抑制共直流母线的整流器模块之间由于不同步造成的环流,因此首先对具有公共直流母线的多整流器运行的直流环路和零序电流动态进行了建模和分析,设计了独立的电流控制器,并通过同步载波移相配合生成了多簇脉冲调制信号给不同的整流器模块,但相互的控制器使用了同一个转子位置观测器,从而实现了每个模块的电流同步和均衡,并匹配了最优的总发电机转矩。最后,为了验证控制策略的有效性,基于1.5MW的永磁直驱风电机组试验平台进行了试验研究。试验结果表明,在新型控制策略下,变流器机侧多整流器模块能正常运行,并具有较优的性能。