开关磁阻风电制氢动力传动系统机电耦合动力学分析

为揭示开关磁阻风电制氢动力传动系统的机电耦合作用规律,考虑齿轮系统的详细特性和制氢装置非线性物理细节以及发电机电磁特性,建立包含风轮、齿轮传动系统、开关磁阻发电机、制氢装置的开关磁阻风电制氢动力传动系统机电耦合动力学模型,仿真分析变风况下系统的能量流、机电耦合动力学特性以及并联电解槽数量对系统动态特性的影响.结果表明:...     

变风载下风力发电机齿轮传动系统动力学特性研究

根据风力发电机齿轮传动系统所处的由随机风速引起的复杂变工况环境,用自回归AR风速模型模拟实际风场的风速,获得了由随机风速引起的时变风载荷;采用集中质量参数法建立了传动系统的纯扭转动力学模型,求得了系统的固有频率和阵型;研究了传动系统在时变风载下的动态特性,求得了各齿轮的振动位移和各齿轮副的动态啮合力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。     

制动工况下风电齿轮传动系统的动力学特性分析

考虑多种内、外部因素通过仿真获得风力发电机正常制动时齿轮箱的外部载荷。采用集中质量参数法在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、综合啮合误差、齿侧间隙和齿面滑动摩擦力等因素的情况下建立风力发电机齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型;利用数值方法求得传动系统在制动工况下各齿轮副沿啮合线的振动位移和动态啮合力等;分析齿侧间隙和齿面滑动摩擦力对风电齿轮传动系统动力学的影响。     

考虑齿轮柔性的风电机组传动系统扭振特性分析

风电机组传动系统的柔性对机组的动力特性影响较大。本文利用有限单元法，根据多柔体动力学基本理论，构建考虑风电机组齿轮箱、联轴器、发电机等传动系统柔性的分析模型；根据模态分析理论，提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的方法，获取风电传动系统低频至高频的扭振模态；利用坎贝尔图以及能量比判别系统共振点。结果表明，建立多柔体动力学模型对准确评估风电机组传动系统的动态特性具有重要作用。风电机组传动系统在1.33、39.16和241.30 Hz等不同激励频率载荷作用下，分别在齿轮主轴、发电机转子和二级太阳轮轴等不同位置存在共振模态。该计算结果与工程实际高度吻合，该分析方法可为风电机组传动系统优化设计提供理论依据。     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统疲劳寿命预测

针对风电齿轮传动系统在复杂随机风载下运行的特点,运用加权最小二乘支持向量机(Weight Sparse Least Squares Support Vector Machines,SLS-SVM)方法建立风场随机风速模型,进而得到随机风引起的系统外部载荷激励。建立考虑齿轮时变啮合刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度的风电齿轮传动系统的平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力及相应的应力时间历程。应用雨流计数法统计循环参量,结合Goodman公式将工作循环应力水平按等寿命原则转换为对称循环下的疲劳应力谱。基于Palmgren-Miner线性累积损伤法则和材料P-S-N(失效概率-应力-循环次数)曲线,预测风电齿轮传动系统各齿轮和轴承的疲劳寿命。为风力发电机齿轮传动系统动态疲劳寿命预测提供了理论方法。     

TORQUE CONTROL STRATEGY RESEARCH OF LARGE-SCALE VSPR WIND TURBINE

针对兆瓦级变速变距风电机组的转矩控制提出一种基于转矩阻尼控制器和RBF神经网络PID整定的智能参数优化方法.该方法采用模态线性化过程进行被控对象模型提取,经Campell模态分析后,对多人多出线性空间被控对象进行PID转矩控制器的设计及参数优化,最后对3MW海上风电机组进行控制系统的设计验证.结果显示:传动链阻尼器的设计使得传动系统扭矩波动明显减小;采用RBF神经网络整定的PID控制参数,使系统的快速性好、自适应能力强,具有良好的控制品质.     

基于无模型控制的风电机组独立变桨距控制

针对大型风电机组强外部扰动和无法准确建模等问题,提出无模型自适应(MFA)独立变桨距控制技术,控制器设计充分考虑机组模型的非线性问题,通过优化内部参数使系统克服时变及非线性,满足系统动态和稳态要求。在额定风速以上时,通过调节发电机转矩维持额定功率输出稳定,通过调节桨距角实现减载,以3 MW风电机组为实验对象,基于Blade软件对该控制策略和传统PID控制策略进行仿真比较。结果表明,这种新控制策略可有效稳定风电机组输出功率和降低机组载荷。     

基于运行数据的风电机组转矩控制性能评估

风电机组的性能评估方法具有多样性及复杂性的特点,基于风电场SCADA系统中采集的大量风电机组运行数据,对风电机组转矩控制的性能评估方法进行了研究。在深入分析风电机组中发电机转速与发电机转矩关系的基础上,提出了风电机组在最佳风能利用系数Cp(max)跟踪区内的转矩优化控制的性能评估方法。通过筛选有效数据,拟合计算出风电机组的实际运行转矩增益系数;再通过与理论最优转矩增益系数进行对比,找出风能捕获能力较弱的风电机组,进而采取措施提高其发电量。通过软件仿真及案例分析表明,该方法在不增加设备及成本的情况下,可有效识别因转矩控制的性能差而影响发电量的风电机组,以便及时进行控制策略调校,维护风电场的利益。     

并网型风电机组自稳速传动系统设计

针对变频器对风电系统的影响,设计了一种自稳速传动系统,可用于风力发电机的恒频输出。从机构学角度对该系统中的电动机与差动轮系进行特殊设计,维持电动机转速恒定,即可实现系统变转速输入、恒转速输出。搭建了采用该系统的并网型风电机组模型,通过FAST和SIMULINK软件的仿真试验,验证了该系统的有效性。     

风电机组中两级齿轮传动系统动态温度响应与实验研究

为研究风电机组齿轮传动系统的动态温度场分布特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度和轴承时变刚度对系统影响,采用有限元法并计入轴系柔性建立两级平行轴齿轮箱的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型.依据传热学原理对热传导,对流换热等参数进行分析,运用有限元法对系统动态温度场进行...     

风电机组车载移动测试台设计方法

在大型风力发电机组生产过程中,需对主传动系统进行模拟运行,以测试其装配质量。为此,设计了一种移动式风电机组测试台。研究和解决了驱动电机功率选择、动力传动设计以及设备与机组的兼容连接等关键技术问题。使用风电机组车载移动测试台,可提高风机出厂试验的检测效率,降低风机现场运行的风险。     

风力发电机齿轮箱齿根弯曲疲劳寿命仿真技术与方法研究

为了正确评估齿轮传动系统齿根弯曲疲劳寿命,以风力发电机齿轮箱为研究对象,以轮齿的线性强度退化表征疲劳效应,建立系统寿命蒙特卡洛仿真模型。模型全面考虑轮齿强度的随机特性,由轮齿转动带来的系统结构时变特性,轮齿的强度退化引起的系统抗力时变特性,齿轮传动系统失效相关特性以及各特性之间的耦合作用。在模拟载荷谱下,分析750 kW风力发电机齿轮箱传动系统疲劳寿命的分布,得到各齿轮和齿轮传动系统的寿命分布参数。     

双馈式风电机组传动系统动态特性研究

针对双馈式风电机组柔性传动系统运行稳定性问题,采用集中参数质量法建立风电机组柔性传动模型,在考虑外部风载、齿轮副啮合刚度、啮合阻尼和综合啮合误差激励条件下,建立了齿轮箱内部各级齿轮副动力学方程;以市场成熟的1.5MW双馈式风电机组为计算对象,计算了柔性传动系统固有频率和齿轮箱各级齿轮动态啮合力;通过雨流计数法对齿轮动态啮合力进行数据分析,研究了传动系统运行稳定性。研究结果表明,齿轮副啮合力呈现高频波动,具有很强的时变特性,通过雨流计数分析,动态啮合力幅值与频次成正态分布规律;传动系统一阶扭转振动频率与风轮面内一阶摆阵频率偏差为6.8%,通过降低主轴质量约9.5%,提高了传动系统一阶扭转频率约11.5%,与风轮面内一阶摆阵频率偏差达16.4%。研究结果可为风电机组传动系统设计、轴承寿命计算和可靠性研究提供参考。     

风力发电机组主机架结构仿真优化方法

主机架是风力发电机组中重要的组成部件之一，其轻量化设计对整机产品的竞争力意义重大。基于变密度法开发了一种针对主机架的结构仿真优化方法，综合考虑了风机整体部件与主机架铸造工艺的影响，采用GAP单元进行轴承滚动体的等效简化，可真实地模拟轴承载荷传递机制。利用该方法成功对某大兆瓦风力发电机组的主机架结构进行拓扑优化设计，得到概念三维结构，并在三维重构后辅以极限强度分析和形状优化分析，进一步精细化修改与设计，从而得到了相对减重9%且可投入工业使用的轻量化主机架。该结构仿真优化方法对风电机组中主机架的轻量化设计有一定的可行性。     

风电机组行星齿轮-滚动轴承耦合系统动态特性研究

为满足行星齿轮与滚动轴承集成设计需求，基于多体动力学理论和弹性接触理论，提出一种考虑行星齿轮与滚动轴承动态相互影响且能计算各滚动体接触载荷的行星齿轮-滚动轴承耦合系统动力学建模方法。以风电机组行星齿轮滚动轴承系统为研究对象，构建其耦合系统动力学模型，研究行星齿轮与滚动轴承间的耦合作用机理。研究发现：行星齿轮对滚动轴承动态响应影响显著，受齿轮啮合力影响滚动体接触载荷与轴承偏心轨迹呈高频波动特征，设计时应充分评估行星齿轮对滚动轴承动态响应影响。     

风电场恒速发电机动态等值参数聚合的研究

风电场发电机数量众多,在研究含有大规模风电机组的电力系统稳定性时,为减少仿真计算量和时间,可采取动态等值的方法对风电场进行简化,为此提出了基于改进加权法的恒速风力发电机参数聚合实用化方法.在MATLAB/SIMULINK工具箱中对一实例系统进行建模和仿真,结果表明了该等值方法的正确性、精确性、简便性和有效性,为大规模并网型风电场的进一步研究提供了有利条件.     

基于动力学的风力机齿轮传动系统可靠性研究

为正确评估齿轮传动系统齿面接触疲劳寿命,以2 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,引入风场风速变化规律并选用weibull分布建立随机风速模型。考虑外部风载以及由齿轮、轴承刚度等引起的内部载荷激励,建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副动态啮合力并计算相应的应力历程。针对齿轮传动强度及受载随机性的特点,以轮齿的强度退化表征疲劳效应,基于非线性疲劳损伤累积理论建立剩余强度模型,在传统应力-强度干涉理论的基础上,得到随机风载作用下齿轮传动系统动态可靠度功能函数,通过摄动法对零部件的动态可靠度变化曲线进行描述。结果表明：在强度退化和随机载荷联合作用下,风力机系统各齿轮疲劳可靠度随服役时间出现逐渐下降的趋势,且服役前期可靠度下降趋势较快,中后期下降趋势逐渐减缓,强度退化形式及载荷大小影响着可靠度的变化趋势。该模型反映了齿轮传动系统可靠度随服役时间的变化规律,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了参考。     

永磁/笼障混合转子双定子风力发电机电磁设计与性能分析

针对主流永磁同步发电机存在成本高和有刷双馈感应发电机存在可靠性低的问题，结合风电发展的要求，提出一种具有功率密度高和可靠性高的新型永磁/笼障混合转子双定子风力发电机应用于海上风力发电。功率密度与电机的功率分配、极槽配合和转子耦合能力有关。基于该发电机的工作原理和设计要求，设计一台300 kW永磁/笼障混合转子双定子风力发电机，并考虑功率分配、主要尺寸确定方法、极槽配合和转子耦合能力。在此基础上，采用数值法分析不同运行状态下该发电机性能，并与实验测试结果作比较；同时将所提出的发电机与常规电机在转矩密度和成本方面作比较，验证该发电机设计和分析方法的合理性和有效性及转矩密度高的特点。     

风力发电机组传动系统扭振特性分析

根据风力发电机组三质量传动系统动力学模型,建立传动系统状态空间模型,运用现代控制理论方法对传动系统在外界扰动下的扭振特性进行详细分析,并揭示自由振荡频率与传动系统参数的内在关系。在此基础上运用Matlab/Simulink下对传动系统建模,并在时域下与控制理论的分析结论进行仿真对比,验证理论分析的正确性。通过对自由振荡频率的对比分析,论证采用风力发电机组传动系统三质量模型的必要性,并为风电机组传动系统的抗共振设计提供科学依据。     

小型风力发电机电磁设计特点

文章分析了小型风电机组用的永磁同步发电机的电磁设计特点,并与其他普通永磁电机区别,详细介绍了永磁同步发电机各个电磁参数的特点以及对发电机性能的影响。重点介绍永磁同步发电机定子、转子设计的特点,对不同的极数与槽数的配合进行对比分析,总结降低齿槽转矩的规律。