开关磁阻风力发电机-齿轮传动系统集成设计与分析

为实现开关磁阻型风电机组轻量化的设计目标、提高设计效率，提出一种开关磁阻风力发电机-齿轮传动系统参数集成设计方法。该方法以开关磁阻风力发电机和齿轮传动系统结构参数为设计变量，以系统质量最小为优化目标。基于有限元法计算开关磁阻发电机磁链与转矩特性矩阵。在此基础上，建立开关磁阻发电机非线性动态仿真模型以计算开关磁阻发电机动态转矩，并应用模拟退火算法优化开关角，获得最大发电机转矩，最后采用下山单纯形优化方法迭代发电机-齿轮系统质量，获得满足设计要求前提下系统质量收敛时的设计变量值。该优化过程优化套优化，可最大程度降低系统质量。上述设计流程通过脚本实现自动化运行以提高设计效率，可实现开关磁阻发电机-齿轮系统轻量化参数集成设计。基于该方法，针对8 MW风电机组进行参数设计，并与现有的相同发电容量永磁型风电机组的质量和发电机转矩性能对比。结果表面：通过该方法设计开关磁阻风力发电机-齿轮传动系统可保证发电机具有良好的转矩性能，同时可有效降低系统质量，且可极大地提升设计效率。     

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。     

脉动风速和电网故障作用下双馈风电机组传动系统动态响应特性

为研究大容量双馈风电机组在脉动风速、齿轮时变啮合特性和电网扰动等多因素耦合作用下传动系统的动态响应特性,在Matlab/Simulink平台上,采用集中质量法建立了机组传动系统弯扭耦合动力学模型,并结合双馈风电机组运行及控制模型,形成机组传动系统的机电耦合模型,分析了机组在多种脉动风速及其与电网对地短路故障同时作用条件下传动系统的动态响应特性。计算结果表明：机组传动系统对低频振动频率具有欠阻尼特性,当脉动风速的脉动频率接近传动系统的一阶固有频率时会与传动系统产生共振;通过对比有无齿轮时变啮合激励,可以甄别传动系统与齿轮啮合激励的共振点;电网三相对地短路故障引起的传动系统振动最为剧烈,其最大振动峰峰值随风速的增加非线性增大,随风速湍流强度的增加线性增大。     

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。     

风电齿轮传动系统弹流润滑特性研究

为研究风电机组齿轮传动系统的润滑特性和动力学特性,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,综合考虑齿轮油膜刚度、齿轮啮合刚度以及轴承时变刚度等,计入轴的柔性并采用有限元法建立多自由度渐开线直齿轮动力学模型,利用Newmark 积分方法求解多源时变激励下两级齿轮传动系统的动力学特性。讨论不同工况条件对油膜刚度的影响,并研究系统润滑特性、固有频率和振型的变化规律。研究结果表明,在考虑齿轮润滑效应后,齿轮啮合刚度降低,系统动态特性变化趋于敏感,系统固有特性均有所变化,其中对第11阶影响最为突出,然而在系统共振转速附近,固有特性变化趋势有所减弱。     

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...     

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。     

考虑载荷和参数随机性的风电齿轮传动系统动力可靠性研究

建立风电齿轮传动系统的动力学模型,考虑风载和齿轮系统设计参数的随机性,利用随机抽样法和Runge-Kutta法求解系统的动态响应,经统计分析得到各齿轮传动件动态啮合力的统计特征。根据雨流计数原理,将各齿轮传动件动态啮合力的时间历程转化为一系列变幅疲劳载荷谱,采用Geber二次曲线等效方法计算得到相应的等效应力幅值和频次。应用概率疲劳累计损伤理论,建立风电传动系统及其齿轮传动件的动力可靠度模型。计算得到各参数随机变异时系统动力可靠度随时间的变化规律,分析参数随机性对齿轮传动件动力可靠度的影响,并将计算结果与Monte-Carlo法的计算结果进行对比,为风电齿轮传动系统基于动力可靠度的优化设计提供了参考。     

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。     

风电增速箱行星传动系统动力学方程及均载特性

提出一种风电增速箱用新型载荷分流式两级行星齿轮传动机构,以便提高传动系统的承载能力。以新型风电增速箱载荷分流型两级行星轮系与一级平行轴齿轮构成的多级传动系统为研究对象,计入多级耦合传动系统的轮齿啮合误差、啮合阻尼、啮合刚度,级间扭耦合刚度,组件的转动惯量等影响因素,采用集中参数法建立多级耦合传动系统的动力学模型。利用相关参数对系统的均载特性进行研究,获得行星齿轮传动的均载系数曲线。分析表明:各级内外啮合的均载系数均随时间变化且存在相位差;第一级内外啮合的均载系数分别比第二级内外啮合的均载系数分配均匀;第一级均载系数较小且内外啮合的均载系数的差别较小。     

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。     

基于链式分配策略的风氢耦合系统设计与控制

针对风力发电“弃风”电量耦合制氢问题,提出一种基于链式分配策略的风氢耦合系统。首先建立能表征弃风电量与质子交换膜电解槽主要特性的风氢耦合拓扑电路结构,围绕高降压比交错Buck变换器及其控制方法构建风氢耦合系统,并提出多堆质子交换膜电解槽风氢耦合系统链式功率分配策略。最后通过算例仿真验证该系统可提升弃风利用率和系统可靠性,可有效解决弃风电量水电解制氢耦合控制与功率分配问题。     

Influence of wind turbine power curve and electrolyzer operating temperature on hydrogen production in wind-hydrogen systems

Current simulation tools used to analyze, design and size wind-hydrogen hybrid systems, have several common characteristics: all use manufacturer wind turbine power curve (obtained from UNE 61400-12) and always consider electrolyzer operating in nominal conditions (not taking into account the influence of thermal inertia and operating temperature in hydrogen production). This article analyzes the influence of these parameters. To do this, a mathematical wind turbine model, that represents the manufacturer power curve to the real behaviour of the equipment in a location, and a dynamic electrolyzer model are developed and validated. Additionally, hydrogen production in a wind-hydrogen system operating in “wind-balance” mode (adjusting electricity production and demand at every time step) is analyzed. Considering the input data used, it is demonstrated that current simulation tools present significant errors in calculations. When using the manufacturer wind turbine power curve: the electric energy produced by the wind turbine, and the annual hydrogen production in a wind-hydrogen system are overestimated by 25% and 33.6%, respectively, when they are compared with simulation results using mathematical models that better represent the real behaviour of the equipments. Besides, considering electrolyzer operating temperature constant and equal to nominal, hydrogen production is overestimated by 3%, when compared with the hydrogen production using a dynamic electrolyzer model.     

随机风速下风力发电机传动系统动态外载荷计算

通过建立实际风场的随机风速模型、风轮气动性能模型、传动链模型、发电机模型,获得了风力发电机整机的动力学分析模型。根据变速风力发电机的控制策略,计算了随机风速和发电机负载条件下传动系统的动态外载荷,并比较了采用刚性、柔性传动链模型对传动系统动态外载荷的影响,为进一步研究风力发电机齿轮传动系统的动态特性及可靠性奠定了基础。     

基于新能源发电的电解水制氢直流电源研究

利用新能源发电进行电解水制氢是实现新能源就地消纳和氢能利用的重要途径,以匹配电解水制氢工作特性的制氢电源为研究对象,通过分析质子交换膜电解槽电解电流、温度与电解槽端口电压、能量效率、制氢速度之间的关系,得出制氢电源需具备输出低电流纹波、输出大电流、宽范围电压输出的特性。为满足新能源电解制氢系统需求,提出一种基于Y型三相交错并联LLC拓扑结构的制氢电源方案,该方案谐振腔三相交错并联输出,满足电解槽大电流低纹波工作特性,并采用脉冲频率控制实现谐振软开关,提高变换效率。最后,搭建仿真模型和6 kW模块化实验样机,验证所提出方案的合理性与可行性。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振疲劳可靠性分析

双馈风电机组电气故障扰动引起的电磁转矩波动易造成轴系传动链扭振疲劳,有必要研究电网短路故障对机组传动链扭振疲劳可靠性的影响.首先建立考虑关键部件柔性的传动链有限元模型,通过模态分析获取传动扭振模态.其次基于集中质量法,建立机电耦合模型,以电网短路故障为扰动因素,仿真分析电网短路故障下电磁转矩动态响应.最后将电网短路故障...     

大型风力机齿轮传动系统机电耦合动态特性研究

针对目前风力机柔性齿轮箱动力学研究时简化电气系统的问题,以某8 MW永磁同步风力机为对象,建立包含详细电气系统和柔性传动链的风力机模型。基于该模型探究电气系统效应对风力机齿轮箱啮合刚度、动态接触应力、振动加速度等动力学特性影响。结果表明：电气系统效应使系统转速、时变啮合刚度、接触应力相位滞后且波动减小;电气系统效应抑制各级齿轮角加速度及箱体振动加速度高频成分并减小传动链振动;风速突变时,电气系统效应可减小高速级齿轮峰值啮合力,增强风力机传动链抵御冲击能力。     

交流励磁变速恒频风力发电系统控制策略研究

本文分析了风力机传动系统动态特性和机电能量转换与传递原理，介绍了交流励磁变速恒频风力发电系统低风速时的转速控制策略和高风速时的功率控制策略，建立了直接转速控制策略和扰动调节控制策略的线性化数学模型，实验结果验证了数学模型的有效性。