基于机舱式多普勒脉冲激光雷达测风的风速重构技术

文章以雷达测风数据作为研究对象,通过合理配置激光雷达参数,利用数值修正,消除机舱振动误差;建立线性剪切风场模型,通过递推最小二乘法求解风场特征参数;开发出先进、先出、嵌套循环,判断填充逻辑的算法,在解决叶片遮挡问题的基础上,通过泰勒冻结湍流假说,计算风轮面转子有效风速。与机舱内控制参数反演出的转子有效风速进行对比,得出两组数据相关性在0.937 4,两组数据差值的标准差为0.342 9。结果证明在实际应用中,对激光雷达测风数据通过数值修正和数据填充,开发的风速重构模型算法,能够准确地为风电机组控制系统提供可靠的控制输入参数,对机舱合理供风提供了解决依据。     

基于场级控制平台的故障穿越技术

在风电场中,机舱尾部的风速、风向仪一旦发生故障,风电机组将无法获取风速、风向数据,为保障机组安全,故障机组进入停机状态。如风场无危险风况,机组进入停机状态将带来功率的损失。文章基于场级控制平台提出故障穿越技术,出现故障机组后,场控平台会检测与其邻近两台机组的状态、风速和风向条件。若条件满足,用邻近2台机组的风速、风向数据计算对应的均值,其结果下发到故障机组,实现故障穿越,减少停机时间。     

基于实测SCADA数据的大型海上风电机组尾流激振现象

对引起风电设备机组振动的相关因素展开研究，基于不同工况下海上风场实测SCADA秒级数据展开处理与分析，发现机组振动水平随尾流区内湍流强度增加而增加，但湍流强度并非引发机组振动超限的直接原因。结合典型故障时刻下高频采样数据进行时频域分析，排除叶轮转动频率与系统固有频率重合引发共振这一原因，推测机组振动超限可能与前排机组尾流中的脉动频率相关。     

海上风电机组齿轮箱散热异常状态预测方法

齿轮箱是海上风电机组的关键部件,其散热状态直接影响着风电机组的运行状态。为减少因齿轮箱散热异常影响机组运行状态进而造成不必要的发电量损失,提出一种随机森林算法的齿轮箱散热异常状态预测模型。该模型首先基于风电机组运行机理对数据进行预处理以及的样本的标定,然后基于随机森林算法进行模型训练,最终实现风电齿轮箱散热异常状态的预测,通过2个风场现场SCADA数据的试验验证,该预测方法的精度达到97.1%,证明了所提方法能够有效及准确地对海上风电机组齿轮箱的散热状态进行预测。     

大型海上风电机组整机涡激仿真

随着海上风电机组朝着大型化发展,塔筒高度和叶片长度都显著增加,并且海洋风比陆地风的湍流度更小,这些因素使得大型海上风电机组在吊装或停机状态下频繁出现涡激振动现象。涡激振动增大了风电机组发生强度失效以及疲劳寿命降低的风险。为研究大型海上风电机组整机涡激振动的机理,文章采用仿真方法对某大型海上机组实际发生的涡激振动现象进行复现和分析：首先对风电机组进行流场分析,然后提取流场分析得到的时序载荷,施加到风电机组有限元模型上,进行瞬态分析,从而实现流固耦合仿真。仿真结果表明：风电机组的涡激振动是一种流固耦合现象,主要原因是,在特定风况条件下,气流在塔筒和叶片的壁面处形成周期性脱落的漩涡,对壁面产生周期性的反向载荷。当载荷频率与机组振动的固有频率接近时,使机组发生共振。文章通过仿真方法揭示了大型海上风电机组发生涡激振动的机理,对提出风电机组涡激振动防治策略具有参考意义。     

海上风电机组转速振荡状态识别技术

文章介绍了风电机组转速振荡状态,持续在转速振荡状态下运行,可能会导致机组触发故障停机,严重的甚至导致机组零部件损伤,威胁到风电机组的运行安全性;为提高尤其是海上风电机组的安全可靠性,提出一种在风电机组PLC可实现的转速振荡状态识别技术。先通过对应方法寻找局部极值点,分别线性插值出转速包络线,求取转速包络差值平均值,该过程稳定可靠、易实现;通过二次包络求取风场机组发电机转速的实际包络差值,再根据一定时间段内包络差值超过包络差值条件的次数,从而来判定当前状态是否处于转速振荡状态,并通过在风场机组测试的方式,验证了风电机组转速振荡状态识别技术功能的有效性,并开始应用于海上风电。     

海洋平台主机舱振动建模仿真分析及试验研究

为了优化结构整体减振性能,以某海洋平台主机舱为研究对象,利用典型运行工况下平台的振动试验实测数据对主机舱柴发机组引起的结构振动传递进行仿真分析,建立不同的主机舱振动计算模型,比较不同边界条件、不同隔振器刚度对计算结果的影响,提出适用于工程实用的较为精确的主机舱整体有限元仿真模型。通过计算推进器40%功率状态和航行状态2种典型运行工况下主机激励经由机脚、隔振器传递到平台基座的振动传递,并与实船测试结果进行比较,验证了有限元分析模型的合理性和精确性,计算结果可靠,具有较高的工程价值,为后续海洋平台主机舱隔振优化设计提供参考。     

海上风电机组齿轮箱进口油温异常预测

由于海上风电机组齿轮箱要长期承受无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的冲击,为保证风电机组可靠运行,对齿轮箱进口油温进行异常预测。结合风电机组SCADA运行数据提出了一种基于SVM-RFECV算法和BP神经网络的风电机组齿轮箱进口油温异常预测方法。首先完成数据的预处理,然后利用SVM-RFECV算法计算不同变量的重要度,并选择平均交叉验证均方误差的最小变量组成最优特征,最后利用选取的最优特征数据建立的BP神经网络的预测模型,实现对风电机组齿轮箱进口油温异常预警。通过海上某风电场现场实际SCADA数据对模型进行验证,结果表明提出的方法能有效实现对风电机组齿轮箱进口油温异常预测。     

海上风电机组风速仪异常智能诊断算法及应用

风速仪作为海上风电机组唯一测风装置，是机组启、停控制重要输入，因此风速仪的工作状态对海上机组整体控制尤为重要。部分海上机组安装机械式风速仪，该风速仪为旋转传感器，机组测量叶轮转速一般用光电传感器，一般而言光电传感器运行可靠性要比旋转类传感器可靠性高，文章通过挖掘叶轮转速和风速之间的函数关系，建立通过叶轮转速识别风速仪是否异常的预警算法。     

关键环境因素对风电机组输出功率的影响

为研究湍流强度、空气密度和风切变等3种关键环境因素对风电机组输出功率的影响,建立了分仓理论模型。以2.5MW风电机组为研究对象,对3种环境因素进行解耦分仓。采用仿真的方法研究分仓映射下机组的功率特性,并以分仓数据库为基准,得到机组的功率数据库,通过程序插值的方式得到预测功率值,结果表明：当湍流强度小于10%时,对机组的输出功率影响较小;湍流强度越大,在切入风速附近时机组的输出功率增幅更明显,但在额定风速附近时输出功率会减小;风切变变化时会直接影响风动能通量和机组的风能利用率;机组输出功率随空气密度的增大而变大,可将实际空气密度以标准空气密度为基准折合到风速中计算功率值;功率数据库具有较好的普适性,能较精确的预测实际功率值,结合风电机组的实测运行功率数据,有助于及时判断风电机组是否正常运行。     

船用燃气轮机盘-叶耦合系统固有振动特性研究

随着船用燃气轮机的转子轮盘不断向轻、薄的方向优化,只考虑根部固支下叶片的振动已不再能满足安全需求,将轮盘—叶片作为一个耦合系统来研究其振动特性是十分必要的。而且转子在高温高转速下工作,为了准确求解耦合系统的振动特性,不可忽视温度、转速对振动的影响。文章建立了船用燃气轮机转子盘—叶模型,应用有限元程序和循环对称结构算法,从实际工况角度出发,计算不同旋转、不同温度及其变化率下耦合系统的固有振动特性。归纳出温度、转速与盘—叶耦合系统固有振动特性间的关系,为预防船用燃气轮机转子出现耦合共振危险及可靠性计算提供了数值依据。     

基于模糊PID控制器的海上风电机系统仿真模拟

当海上风电机的风轮运转时,由于风速的变化和风力涡轮机的惯性,风轮速度的变化不能与风速的变化保持同步,因此控制系统长时间处于瞬态过程中。文章主要研究了海上风力发电机仿真模拟技术和模糊PID控制器设计。通过Matlab建立了风机Simulink模型。与传统的PID控制相比,模糊PID控制器具有快速响应和良好的动态特性。     

Feasibility of modal expansion for virtual sensing in offshore wind jacket substructures

The present paper investigates the feasibility of modal expansion-based virtual sensing in the context of offshore wind jacket substructures. For this specific application, issues have been reported when expanding wind-driven brace vibrations and wave-driven vibrations in the splash-zone based on a sensor network placed solely above the sea level. These limitations are addressed in this paper by extending the sensor network with sub-sea vibration sensors and a wave radar sensor, which allow for capturing local brace vibration modes and the wave-driven vibration response. The brace expansion is thus improved by including the local brace vibration modes in the expansion basis, while the representation of wave-driven vibrations is improved by including load-dependent Ritz vectors computed based on input from the wave radar sensor. The merit of the proposed extension is explored using a numerical model of an offshore wind turbine supported by a jacket substructure in a simulation setting with different operational and environmental conditions. It is documented that the extended setup provides an improvement in the expansion-based estimation of both wind- and wave-driven vibrations. The former improvement is particularly relevant for operational cases, while the latter is relevant for idling cases. Despite the documented improvements, a systematic reduction in the expansion quality is observed for higher wind speeds in operational cases for both the basic and the extended setup. It is contended that this phenomenon is due to the operational variability of the controller, which violates the fundamental assumption of the structural system being linear and time-invariant.     

Model test investigation of a spar floating wind turbine

Several floating wind turbine designs whose hull designs reflect those used in offshore petroleum industry have emerged as leading candidates for the future development of offshore wind farms. This article presents the research findings from a model basin test program that investigated the dynamic response of a 1:50 scale model OC3 spar floating wind turbine concept designed for a water depth of 200 m. In this study the rotor was allowed to rotate freely with the wind speed and this approach eliminated some of the undesirable effects of controlling wind turbine rotational speed that were observed in earlier studies. The quality of the wind field developed by an array of fans was investigated as to its uniformity and turbulence intensity. Additional calibration tests were performed to characterize various components that included establishing the baseline wind turbine tower frequencies, stiffness of the delta type mooring system and free decay response behaviour. The assembled system was then studied under a sequence of wind and irregular wave scenarios to reveal the nature of the coupled response behaviour. The wind loads were found to have an obvious influence on the surge, heave and pitch behaviour of the spar wind turbine system. It was observed from the experimental measurements that bending moment at the top of the support tower is dominated by the 1P oscillation component and somewhat influenced by the incoming wave. Further it was determined that the axial rotor thrust and tower-top shear force have similar dynamic characteristics both dominated by tower’s first mode of vibration under wind-only condition while dominated by the incident wave field when experiencing wind-wave loading. The tensions measured in the mooring lines resulting from either wave or wind-wave excitations were influenced by the surge/pitch and heave couplings and the wind loads were found to have a clear influence on the dynamic responses of the mooring system.     

船用核汽轮机转速串级前馈-反馈模糊PID控制

在船用核汽轮机装置中,其转速控制效果直接关系到机组安全性和经济性。以船用核汽轮机为研究对象,首先,建立了船用核汽轮机各个模块的数学模型,在此基础上设计了核汽轮机转速的串级前馈-反馈PID控制系统;然后,基于模糊控制原理,采用串级前馈-反馈模糊PID控制对串级前馈-反馈PID算法进行改进;最后,在不同扰动下进行了仿真实验,仿真结果表明了模糊算法在改进前馈-反馈PID控制效果方面起了显著地作用,体现了智能算法与传统算法相结合的控制思想在船用核汽轮机转速控制方面的应用前景。     

1000T自升式风电安装船动力定位系统的设计

风电安装船在风场中不同机位之间迁移和定位过程中受到环境载荷的作用,需要设计合理的定位方案以满足定位要求。根据动力定位原理设计了1000t自升式风电安装船的动力定位方案,计算了风、浪、流的环境载荷及推进器推力值并进行比较。实际工程应用表明改定位系统的设计方案在一定的海况条件下满足动力定位的精度,航速也能达到风场中不同机位的迁移,具有良好的机动性,在风电安装船初期制定方案时指明方向和解决思路。     

1000t海上风电安装平台设计及稳性研究

以1 000 t海上风电安装平台为研究对象,从平台总体布置、关键技术参数和主要性能等方面对平台的设计特点进行介绍,并对平台稳性性能进行研究。结果表明,该平台具有较好的稳性性能,尤其是破舱稳性具有较大的安全裕量,总体布置合理。在此基础上,从稳性性能方面对平台设计提出建议,研究结论对海上风电安装平台的设计及优化具有一定的指导意义。     

OPC技术在船舶机舱测控系统中的应用研究

为了提高船舶机舱测控系统的高速数据传输性能,降低硬件投入,采用OPC技术结合组态技术服务器所支持的访问机制,构建了船舶机舱测控系统数据处理平台,实现了对机舱现场设备数据信号采集,现场设备管理;阐述了船舶机舱测控系统的结构体系、硬件设计及功能实现方法。     

风机塔架与叶片相互作用的数值模拟(英文)

Numerical simulations of wind turbine blade-tower interaction by using the open source OpenFOAM tools coupled with arbitrary mesh interface(AMI) method were presented.The governing equations were the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) which were solved by the pimpleDyMFoam solver,and the AMI method was employed to handle mesh movements.The National Renewable Energy Laboratory(NREL) phase VI wind turbine in upwind configuration was selected for numerical tests with different incoming wind speeds(5,10,15,and 25 m/s) at a fixed blade pitch and constant rotational speed.Detailed numerical results of vortex structure,time histories of thrust,and pressure distribution on the blade and tower were presented.The findings show that the wind turbine tower has little effect on the whole aerodynamic performance of an upwind wind turbine,while the rotating rotor will induce an obvious cyclic drop in the front pressure of the tower.Also,strong interaction of blade tip vortices with separation from the tower was observed.     

基于ISO15016的实船航速修正方法

介绍了试航航速修正标准ISO15016（2002）的基本原理,根据载荷系数的变化建立平衡方程式,最终修正得到深水、平静海面、无风、无浪、无流条件下的船舶航速和功率。通过VBA编程,编制了一套考虑风、潮流、波浪、操舵、水温、航行状态和浅水等影响因素在内的船舶试航航速修正软件,并以1SO提供的算例对软件进行了检验,证明了该软件的可靠性。最后运用该软件对某散货船实船试航航速进行修正,并与模型试验预报结果进行比较,获得了相同的功率曲线变化趋势。