[目的]摩擦卷扬机是高空风能发电(Airborne Wind Energy Systems,AWES)的主要做功设备,为克服其工作过程中所受缆绳拉力大、线速度高、工况复杂的难点,同时满足长寿命、高可靠性、高安全性的需求。[方法]提出一种基于承压轮的浮动双卷...[目的]摩擦卷扬机是高空风能发电(Airborne Wind Energy Systems,AWES)的主要做功设备,为克服其工作过程中所受缆绳拉力大、线速度高、工况复杂的难点,同时满足长寿命、高可靠性、高安全性的需求。[方法]提出一种基于承压轮的浮动双卷筒摩擦卷扬机构型。通过有限元分析软件对关键部件承压轮和卷筒进行优化设计,建立摩擦卷扬机受力分析模型并进行力学分析,采用变密度法,对承压轮内部支撑体进行拓扑优化;对卷筒参数化建模,进行灵敏度分析,筛选出对最大应力、平均应力和几何质量的灵敏度较大的结构参数,采用中心复合试验设计法,建立了卷筒应力、质量与主要设计结构参数的响应面模型。[结果]通过以应变能最小为目标,以承压轮内部支撑体体积为约束条件,实现了承压轮结构质量下降36%的优化效果,并通过在不同部位施加载荷验证了其强度符合要求;使用灵敏度分析法筛选卷筒结构参数,以此建立卷筒响应面模型并进行多目标优化,得到卷筒优化方案,在满足强度要求的前提下实现质量减轻16.6%的优化效果。[结论]基于有限元分析仿真软件对摩擦卷扬机关键部件进行优化并验证了以上构型的可行性,同时降低了制造成本,兼具经济性,并解决了高速重载卷扬机的轴承选型、振动和热膨胀等难题。展开更多
多端柔性直流系统在分布式能源和直流负荷接入、网络柔性互联、电能质量等方面具有显著优势,成为未来电网的重要发展趋势。为了保证多端柔性直流系统安全稳定可靠运行,需要能够在数毫秒内开断故障电流的直流断路器。本文面向张北±5...多端柔性直流系统在分布式能源和直流负荷接入、网络柔性互联、电能质量等方面具有显著优势,成为未来电网的重要发展趋势。为了保证多端柔性直流系统安全稳定可靠运行,需要能够在数毫秒内开断故障电流的直流断路器。本文面向张北±500 k V柔性直流电网示范工程的应用需求,开展了500 k V直流断路器原理研究与样机研制。首先,提出500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器系统方案,给出其拓扑结构、工作原理和控制逻辑;进而,设计基于电磁斥力操动机构和电磁缓冲机构的快速机械开关、基于二极管和复合被动保护支路的交叉桥式电力电子开关和基于耦合负压电路的换流装置等;最后,研制500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器工程样机进行实验验证。研究结果表明,研制的100 k V混合式直流断路器能够在3 ms开断25 k A短路电流,具有低损耗、低成本、高可靠性等特点,相关成果已经过实验验证。展开更多
文摘[目的]摩擦卷扬机是高空风能发电(Airborne Wind Energy Systems,AWES)的主要做功设备,为克服其工作过程中所受缆绳拉力大、线速度高、工况复杂的难点,同时满足长寿命、高可靠性、高安全性的需求。[方法]提出一种基于承压轮的浮动双卷筒摩擦卷扬机构型。通过有限元分析软件对关键部件承压轮和卷筒进行优化设计,建立摩擦卷扬机受力分析模型并进行力学分析,采用变密度法,对承压轮内部支撑体进行拓扑优化;对卷筒参数化建模,进行灵敏度分析,筛选出对最大应力、平均应力和几何质量的灵敏度较大的结构参数,采用中心复合试验设计法,建立了卷筒应力、质量与主要设计结构参数的响应面模型。[结果]通过以应变能最小为目标,以承压轮内部支撑体体积为约束条件,实现了承压轮结构质量下降36%的优化效果,并通过在不同部位施加载荷验证了其强度符合要求;使用灵敏度分析法筛选卷筒结构参数,以此建立卷筒响应面模型并进行多目标优化,得到卷筒优化方案,在满足强度要求的前提下实现质量减轻16.6%的优化效果。[结论]基于有限元分析仿真软件对摩擦卷扬机关键部件进行优化并验证了以上构型的可行性,同时降低了制造成本,兼具经济性,并解决了高速重载卷扬机的轴承选型、振动和热膨胀等难题。
文摘多端柔性直流系统在分布式能源和直流负荷接入、网络柔性互联、电能质量等方面具有显著优势,成为未来电网的重要发展趋势。为了保证多端柔性直流系统安全稳定可靠运行,需要能够在数毫秒内开断故障电流的直流断路器。本文面向张北±500 k V柔性直流电网示范工程的应用需求,开展了500 k V直流断路器原理研究与样机研制。首先,提出500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器系统方案,给出其拓扑结构、工作原理和控制逻辑;进而,设计基于电磁斥力操动机构和电磁缓冲机构的快速机械开关、基于二极管和复合被动保护支路的交叉桥式电力电子开关和基于耦合负压电路的换流装置等;最后,研制500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器工程样机进行实验验证。研究结果表明,研制的100 k V混合式直流断路器能够在3 ms开断25 k A短路电流,具有低损耗、低成本、高可靠性等特点,相关成果已经过实验验证。
