关键词： 风能   自适应阻升转换   垂直轴风力发电机  

摘要： 随着世界人口的快速增长,地球上的能源材料的不断减少,可再生资源日益减少.风能是目前社会上发展最快的一种可再生新能源.常见风力机又可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机.水平轴风力发电机对地形、风速有着苛刻的要求,而垂直轴风力发电机可以根据不同的场地定制不同的机型.其中组合型风力发电机的效率低于纯粹的阻力风力机,且风轮风叶结构复杂难以后续安检和维修.本文基于常见风力机的缺点进行改进,对原有复杂的风轮结构进行优化,达到自适应阻升转换的效果,提高对风能的利用率.

关键词： 变流器   永磁电机   极槽配合   短路故障   电感   谐波抑制  

摘要： 与内陆地区风资源相比,我国海上的风资源总量比陆地多出20%-40%,同时还具有风速高、风速稳定、发电量大等优点。在全球风力发电正朝着海上大容量的发展趋势下,机组功率不断增大(≥10MW),然而机组发电机输出端电压多数仍采用690V电压等级。此时机组通常采用多变流器并联的方式,以满足电流、功率不断增大的需求(并联台数≥5)。随之而来的机组变流器结构变的更加复杂、提高了装机和运营成本、降低系统功率密度,同时出现了因多变流器并联而导致的环流问题。本文针对现有大功率三相永磁风力发电机(≥10MW)机侧变流器中多功率器件并联而导致的功率器件一致性差,难以保持变流系统的均压、均流等问题,提出了一种模块组合式多绕组永磁风力发电机。针对模块组合式多三相永磁电机特殊结构,本文重点其结构、原理、数学模型、定子单元模块化拆分规则、功率方程、输出特性、容错运行控制等方面开展了研究工作;体现在以下几个点:(1)研究了模块化多绕组永磁电机设计方法。总结多组近极槽配合方案的特点、对比多种绕组结构形式,针对不同的运用场合,总结了电机模块数选取规则、绕组形式、绕组系数和极槽配合选取方法;首次提出以电机单元的形式来设计模块化多多绕组永磁电机的方法,借鉴传统永磁电机绕电负荷与气隙磁负荷,建立了模块化多绕组永磁电机单元的输出功率和定子外径的关系,在考虑绕组温升的前提下完成整个模块化多绕组永磁电机的设计。获得了20极24槽双模块电机、22极24槽双模块电机,22极24槽不对称六相电机等的初始尺寸和运行参数。(2)采用有限元软件对对比分析在槽/极数、空载反电势、齿槽转矩方面新型模块化电机与多相电机的区别,总结了模块化多绕组电机正常运行和模块化运行电磁性能。针对单相、两相、特殊极限等开路故障、绕组短路故障,采用绕组重构控制策略,在补偿故障磁动势损失的基础上推导了电流矢量的计算表达式,对比分析了采用容错控制策略前后模块化多绕组永磁电机的输出性能,探讨了模块化多绕组电机容错控制前后电机转矩出现大幅波动原因。(3)基于22极24槽双模块电机的单元电机电感仿真波形,总结了单元电机的三相绕组自感与互感变化规律与特点,理论分析三相绕组互感不一致的原因。在简化多单元电机的电感矩阵的基础上推导模块化多绕组永磁电机的数学模型。针对机侧变流器的电流谐波含量较高等问题,提出了一种非理想谐振控制器与比例积分调节器相结合的机侧变流器电流谐波抑制算法。(4)加工研制了一台100k W六模块实验样机,搭建了基于模块化多电平的发电-变流一体化系统平台,测试了发电机的空载、轻载输出特性、部分验证了本文研究的模块化多绕组永磁电机设计方法与电流谐波控制策略的正确性。

关键词： 风力发电   风险管理   风险识别  

摘要： 在此国民经济升级转型的关键时期,国家提出了大力发展清洁能源的要求,越来越多的企业着手推进低碳、绿色的经济发展模式,尤其是风力发电产业呈现快速增长的态势。风力资源是可再生的能源,尤其是部分地区风力资源丰富,若将风力资源转化为其他资源并充分利用,不仅实现能源的节省,还能够与绿色、低碳的经济发展理念相契合。但项目开发具有复杂性、风险性、不确定性,引入项目风险管理势在必行。全过程、全周期地实施项目风险管理,关注项目预算、质量、进度等关键要素,有助于削减潜在风险,提高项目开发的成功率。YDK150兆瓦风力发电项目拟建在河北省承德市围场,是中国最大绿色风电能源基地之一。在国家推进生态文明建设、倡导大力发展清洁能源的背景下,承德围场利用丰富的风能资源,立足于打造“新型能源风电基地”。河北省“十三五”规划中也提出扩大风电清洁供暖规模,实施风电制氢示范等风电综合利用工程。由此,YDK150兆瓦风力发电项目被提出,且引入商业化的运作模式。基于此,本文以YDK150兆瓦风力发电项目的风险管理作为研究视角,通过实地调研到项目中搜集资料,通过专家问卷调查,总结出项目存在的问题。通过头脑风暴法和IDEFO图形方法对风险进行识别,并制作风险评价指标,通过定性分析和层次分析法对项目存在的风险进行分析,计算出风险等级和风险权重。根据计算结果有针对性的提出风险应对策略。本论文在项目实施过程中风险应对措施取得了积极的成果,大大的降低了项目风险因素造成的损失,项目整体的设计、安装、调试的质量优于国内同等规模风电项目,整体设备的质量优于国内同类规摸的电厂。同时为此类项目的快速健康发展提供一定理论指导。该论文能为我国风力发电项目的发展起到更多的帮助作用,而且风力发电项目的风险管理可以得到更加科学化、现代化的发展。

关键词： 风力发电机   发电机组   调试方法   职业教育  

ISBN: (纸本)9787122384263

摘要： 本书为“十二五”职业教育国家规划教材的修订版。本书采用图文并茂的方式，从实用角度出发，重点介绍了风力发电机组的传动系统、液压系统、偏航系统、电控系统和支撑系统的基本结构、工作原理、运行方式、控制过程以及监控技术等，反映了近年来风力发电新技术和新方法。本书以MW级风力发电机组为例，详细介绍了大型风力发电机组的运行与维护、机组主要部件与系统的调试、维护与检修等方面的知识。书中配有二维码，即扫即学。本书可作为职业技术院校风能与动力等相关专业的教材，也适合工作在风力发电生产一线从事风电机组调试、运行与维护人员作为培训教材使用。

关键词： 风力发电厂   输变电设备   运行安全问题   应用措施  

摘要： 随着我国用电量的不断增加,电力工业的发展已成为社会普遍关注的问题。近年来,人们对节能减排的需求不断增加。我国正在逐步将风能应用于电力,以充分利用自然资源。越来越多的人越来越关注如何确保风力发电厂输变电设备的安全运行问题。

关键词： 开关磁阻发电机   垂直轴风力发电机   结构设计   有限元分析   粒子群算法   参数优化  

摘要： 传统化石能源发电对环境污染严重,我国持续发展清洁能源发电。未来风力发电逐步由集中式向分布式发展。水平轴风力机不太适合分布式布局,垂直轴风力机以其体积小,成本低,控制简单等优势符合分布式新能源发电技术的要求。开关磁阻发电机结构简单,工作可靠,适用于分布式风力发电领域,成本优势明显。在此背景下,本文提出开关磁阻垂直轴风力发电机的方案,可用于分布式风力发电或者北方地区冬季家庭取暖。本文设计了一台10kW的开关磁阻垂直轴风力发电机,对风机整体结构稳定性进行了校验,基于粒子群算法对开关磁阻发电机进行了优化设计。本文在国内外垂直轴风力发电机与开关磁阻发电机相关研究的基础上,根据空气动力学理论与开关磁阻风力发电机设计理论完成了垂直轴风力发电机的结构设计;利用ANSYS Workbench完成仿真建模;根据实际运行时的载荷计算,完成了风机运行时的结构静力学与动力学模态分析;讨论并校验了本文设计参数的合理性,完成了风机本体设计和建模;根据设计需要与电磁理论,完成了开关磁阻发电机设计。利用ANSYS Maxwell,完成了有限元建模与仿真。本文在Design-Expert中建立了开关磁阻发电机优化目标的响应面模型,完成了模型的拟合准确性分析,基于粒子群算法对电机的输出转矩、功率密度等进行了多目标参数优化,进一步改善了电机性能。本文针对风机运行的工况进行了分析,并完成了设计与优化,为后续开关磁阻垂直轴风力发电机的深入研究提供了理论参考。

关键词： 双馈发电机   不平衡电网   虚拟同步控制   协调抑制  

摘要： 全球能源危机不断蔓延,人类环保意识逐步增强,可再生能源为世界各国解决能源问题提供了新思路。风力发电作为可再生能源布局全球的中坚力量,也愈发受到重视。然而风机并网容量的迅速增加,导致电网的等效惯量逐渐降低。尤其在发生电网电压不平衡故障时,电网的稳定运行更是难以维持,因此本文主要对双馈异步风力发电机在不平衡电网下的控制进行了研究。本文首先对双馈异步风力发电机本体及其网侧变流器进行了建模,并推导出机侧变流器的虚拟同步控制的稳态方程、小信号模型以及与矢量控制的特性对比。接着建立了不平衡电网下双馈电机的网侧、机侧变流器的数学模型,并将不平衡电网对双馈电机运行带来的不利影响进行了理论分析与仿真验证。考虑到虚拟同步控制能够对电网产生友好的电压及频率支撑作用,因此本文在不平衡电网下,基于虚拟同步控制提出了主动阻尼的控制策略,用以分别降低并网电流、电压的不平衡度,并通过仿真验证了其控制效果。基于主动阻尼控制策略的局限性,本文提出了负序电压、电流协调抑制策略。首先通过谐振调节器对定子电压、电流的不平衡信息进行提取,接着通过比例积分调节器进行抑制,并且改变电压、电流补偿系数可以实现负序电压与电流的协调抑制。在此基础上,本文分别设计了主级、次级控制回路,同时进行了控制策略的稳定性分析以及仿真验证。而为了充分利用双馈电机的双变流器固有优势,本文还在网侧变流器附加了有功功率、无功功率同步抑制策略,以此实现总输出功率二倍频脉动的抑制。最后,基于11kW的双馈电机实验平台,本文进一步通过实验的方式对所提协调抑制策略的有效性进行了验证,不仅说明了对负序电压、电流的显著抑制能力,还表现了控制策略在电网不对称度、有功功率指令值发生阶跃时,依然能够保持其优异的控制效果。

关键词： 风力发电机   故障诊断   风机基准模型   支持向量机   长短期记忆循环神经网络  

摘要： 当今世界能源供应越来越依赖于可再生能源,风能因其资源丰富、成本低廉而被广泛应用。在各类可再生能源开发中,风力发电技术因其技术相对成熟、性价比高且具有大规模开发的条件成为了最有潜力的发电方式之一。随着风力发电机规模日益扩大,维护费用不断提高,风力发电机组维护需求受到广泛关注,需要通过对风力发电机及时进行故障诊断,发现机组运行过程中存在的故障隐患。这对于提高风力发电机组运行可靠性,减少因风机故障停机造成的资源浪费及人力物力成本,促进风力发电行业健康发展具有重大的现实意义。风力发电机的故障诊断技术可以归类为基于模型的方法和基于数据的方法。基于模型的故障诊断方法需要对风力机有充分的了解和准确的数学建模,其精度较高,但是搭建时需要耗费大量人力物力,且鲁棒性较差。基于数据的方法通常从监控和数据采集系统获取数据,由于不需要额外的传感器,因此相对经济。借助风力发电机积累大量数据,并在此基础上使用机器学习的方法来分析风机故障更适合现代社会的应用。本论文选择研究基于长短期记忆循环神经网络(LSTM)的故障诊断方法,且最终目标是设计一种具有鲁棒性且有较高精度的风力机故障诊断方法。为完成上述目标,本论文做了以下工作:1.在Matlab/Simulink环境下构建风机基准模型用于模拟风机在正常情况以及发生各类故障情况下的运行情况,该模型将风机分为变桨系统、传动系统、发电机&变频器系统、以及控制器并分别建模,同时全面考虑了风机运行过程中可能产生的传感器故障以及系统故障。为了及时判断故障是否产生及故障位置,需要采取有效的故障诊断方案,以便迅速采取对策使风机稳定运行,节约维护成本。为得到风机发生故障时的特征信号,研究者可以在该模型内修改关键参数以模拟风机发生故障的部位,时间段,故障类型及程度。2.在得到风机基准模型的各类数据后,根据其数据特性设计两种基于LSTM的风机故障诊断方法,方法一是利用LSTM预测未来风机运行情况,根据残差判断故障是否发生并诊断故障类型;方法二使用LSTM进行机器学习训练,将训练好的模型用于故障分类并与基于支持向量机的风机故障诊断方法进行对比。在完成本论文相关实验后,能得出以下两点结论:1.基于分类的诸多故障诊断算法具有的共同特性是需要故障数据和无故障数据进行模型训练,而在实际应用中有限的故障数据样本会导致数据信息缺乏,而本论文采用的基于LSTM的预测方法实际上是通过训练正常数据来预测未来风机运行情况,在发生与实际运行情况不同的故障时可以及时检测到。2.本论文设计的LSTM分类的风机故障检测方法相较于SVM,准确度有所提升。

关键词： 六相永磁同步电机   滞环控制   定开关频率   容错控制  

摘要： 本课题的研究针对多相风力发电机的应用前景,利用六相永磁同步电机的驱动控制模拟风力发电机的应用场景,基于六相永磁同步电机相对传统三相电机可以实现低压大功率的交流传动,转矩脉动小,可靠性高,控制资源丰富,灵活性高等优点,选择电流滞环控制器为研究对象,研究了定开关频率滞环控制方法和定频滞环电流容错控制方法,主要内容包括:介绍六相永磁同步电机的两种坐标变换方法,建立电机的数学模型和矢量控制策略。分析六相永磁同步电机正常情况下和断相后的数学模型,从双d-q坐标变换和矢量空间解耦两个方向解释六相永磁同步电机的解耦过程,给出电机同步旋转坐标系下的电压、磁链、转矩方程,描述六相永磁同步电机的矢量控制方法。针对传统电流滞环控制开关频率不固定的缺点,提出在固定开关频率下的电流滞环控制方案,根据四种不同的电流状态详细推导了定频滞环控制的原理公式,设计定频滞环控制的控制策略,基于仿真和实验对两种滞环控制方法在转矩脉动,电流纹波、THD等方面进行对比分析,验证了定频滞环控制的有效性,降低了电机转矩脉动、相电流的THD值。通过定频滞环电流控制方法实现六相永磁同步电机的断相容错控制。按照最优电流容错方法给出电机正常情况下和一相断相后的电流约束条件和优化方案,得出相应的电流指令值,并通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,分析电机断相之后,容错算法嵌入前后的运行效果,解释容错方案的可行性;设计实验方案,完成六相永磁同步电机的断相容错实验,验证了六相永磁同步电机断相后可以继续无扰运行,说明定频滞环容错控制算法的可行性。论文的工作证明,在建立准确的六相永磁同步电机数学模型的基础上,通过定频滞环控制可以有效的实时控制电机运行,并且可以在断相工况下,实现六相永磁同步电机的无扰运行。