电力系统次同步振荡对风力发电机轴系疲劳损伤影响的可靠性分析

为了分析电力系统发生次同步振荡时对双馈风力发电机轴系疲劳损伤程度的影响,根据2 MW级双馈风力发电机轴系机械结构,运用三质块等效数学模型,通过PSCAD软件仿真得到电力系统发生次同步振荡时风力发电机的电磁扭矩。基于雨流计数法按照电磁扭矩振荡模型制作等效载荷谱。利用Solid Works软件建立风力发电机轴系变速齿轮有限元模型,并用ANSYS软件对其模型进行网格划分与静强度分析。基于S-N曲线理论与Miner线性疲劳累积损伤方法,通过Ncode软件计算风力发电机轴系齿轮在次同步振荡扭振载荷作用下的疲劳损伤程度。分析不同次同步振荡时长对风力发电机轴系齿轮部分疲劳损伤程度的影响。分析结果有助于预测风力发电机轴系齿轮部分使用寿命,提高风电系统安全可靠性。     

混合弹流润滑条件下风电行星直齿轮内啮合动态特性分析

当大型风力发电机在低速重载条件时,齿轮在混合弹流润滑条件下的啮合动态特性难以分析.针对该问题提出齿面接触并联刚度模型,建立行星齿轮啮合动力学模型.基于粗糙峰承载平衡理论,将承载因子理论引入刚度模型中,并与混合弹流润滑理论相结合,可得出计算齿面油膜刚度的新公式,为齿轮混合弹流润滑问题研究提供参考.通过计算结果,可认为在混...     

高效液力变速行星齿轮复合传动装置及其应用

由调速型液力偶合器或可调式液力变矩器和行星齿轮传动构成的液力机械调速装置具有效率高、寿命长、工作可靠等优点,特别适合应用于各种大功率工作机的速度控制.本文分析了液力行星齿轮复合传动装置的基本结构和系统的功率分流原理,介绍了风力发电恒速控制等几种典型应用实例及工作特性.新型液力机械调速装置有优良的传动品质及经济性,具有良好的应用与开发前景.     

风力机增速齿轮箱行星斜齿轮系非线性动态分析

采用参数化建模方法建立了风力发电机增速齿轮箱中行星斜齿轮及其行星架的精确三维模型,应用非线性动力学理论及数值计算方法分析了该行星齿轮的齿面接触应力随时间的变化规律,得到了轮齿变形和相应的接触应力以及行星齿轮内外啮合的时变刚度曲线,同时分析了行星架的冲击应力,为该类行星齿轮结构的优化设计和分析提供了理论依据。     

考虑热弹流的齿轮多学科设计优化

现有航空发动机齿轮优化设计时通常不考虑尺寸变化对齿轮局部温度梯度的影响,导致应力计算结果与实际相差较大,优化效果不好。为此,提出了基于热弹流分析的齿轮多学科设计优化方法,首先通过热弹流润滑理论对齿轮进行热弹流数值分析,计算出油膜厚度、压力等参数,然后通过求解能量方程得到齿轮温度分布,采用该温度进行应力计算,最终在优化过程中考虑了结构、传热、强度的相互影响,提高了优化结果的准确性。将此方法应用于某传动系统行星齿轮优化设计,该方法与传统设计方法相比,能提高行星齿轮设计能力,优化后行星齿轮减重10.2%。     

基于CFD的二维垂直轴风力机性能计算

采用计算流体力学方法(CFD)针对垂直轴风力发电机,开展简化的二维绕流特性研究。首先,基于开放型转子和增强型转子,研究网格节点数和壁面y+、计算时间步长和湍流模型等的变化对计算结果的影响,对计算模型和方法进行确认。随后,计算分析增强型垂直轴风力机与开放型垂直轴风力机的特性。结果表明,与开放性垂直轴风力发电机相比,增强型垂直轴风力发电机的功率系数和转矩系数有明显增加,且达到最大值的位置向叶尖速比增大的方向移动。然后对增强型垂直轴风力机发电机在不同来流风速下进行计算,发现增强型垂直轴风力发电机的转子转矩随来流风速增加,而转矩系数和功率系数与来流风速无关。最后,针对定子叶片在不同的方向开展计算研究。结果表明,定子叶片在不同方向时,增强型垂直轴风力机的转子转矩不同,且转矩到达峰值的位置也不同;在当前3个方向角中,叶片处于0°方向角时风力机具有最高的转矩系数,即具有最佳的功率系数。     

计入齿面摩擦的封闭行星轮系均载特性研究

封闭行星轮系结构复杂,载荷的均匀分配对于提高系统的传动质量及使用寿命具有重要意义,齿面摩擦对封闭行星轮系均载特性有重要的影响。以人字齿封闭行星轮系为研究对象,以基于弹流润滑理论的摩擦系数模型为基础,考虑人字齿轮两端斜齿轮扭转振动的相互影响,建立了考虑齿面摩擦的人字齿纯扭转动力学模型。分析考虑齿面摩擦(EHL)和不考虑齿面摩擦情况下封闭行星轮系振动位移响应及输入转速、输入功率和摩擦系数变化对均载特性的影响。结果表明:系统均载系数随着输入转速的增加而增加,随着输入功率的增加而减小,随着摩擦系数的增加有微幅的增加。     

直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案研究

为从根本上解决传统直驱风机系统的机械摩擦问题以有效提高风能利用率,提出直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案,即采用径向二自由度混合磁轴承和机械轴承共同支承直驱风力发电机,采用等效磁路法对该混合磁轴承进行数学建模,并利用有限元分析软件对其进行参数设计及机理分析。在此基础上,搭建直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承系统的数控平台进行试验,试验结果证明该磁悬浮支承方案的正确性和合理性。     

风力发电机行星齿轮系统啮合碰撞力的研究

为获得半直驱风力发电机行星齿轮系统传动过程中啮合碰撞力的变化规律,建立齿轮啮合传动的动力学仿真模型,基于Hertz接触理论的齿轮啮合碰撞力的计算方法,在机组额定转速下仿真求解啮合碰撞力及频谱。研究表明:行星齿轮啮合过程中碰撞力存在显著的周期性和调制现象,幅值波动明显,轮齿由啮入到啮出,碰撞力由0 N上升至最大值后又下降至0 N,载波为行星轮的啮合频率,调制波为行星架的旋转频率;水平方向X和垂直方向Y的碰撞力相位相差约90°,频谱特征相同,3对外啮合碰撞力相位相差约60°;碰撞力频谱中均出现行星轮啮合频率及倍频。     

兆瓦级风力发电机主要承载螺栓强度的有限元计算

兆瓦级风力发电机承受载荷复杂,受风速变化及本身支撑结构的影响较大,载荷有一定的随机性,因此在设计中必须考虑多自由度上多个载荷的叠加作用,传统工程算法一般只能考虑螺栓连接处的单轴受载情况已经不再适应。为了尽量模拟实际受载情况,采用了ANSYS对兆瓦级风力发电机轮毂与主轴的连接螺栓做有限元分析,载荷基于动力学计算软件计算得出的时间序列,对连接螺栓本身,在极限载荷与疲劳载荷下进行了仿真计算。     

风力发电机复合材料叶片结构特性分析

随着对风力发电机叶片性能要求的提高,新型复合材料在风力发电机叶片制造中的应用得到了广泛的关注与研究。由于新型复合材料及风力发电机叶片结构具有一定的复杂性,因此风力发电机复合材料叶片的结构特性很难计算。文章基于FAST软件,以1.5 MW风力发电机复合材料叶片为例,运用有限元原理将叶片分成若干叶素面,通过描述各个截面的几何形状、内部结构以及材料等来建立叶片模型,对风力发电机复合材料叶片的结构特性进行了分析研究。     

开绕组无刷双馈风力发电机的直接功率控制研究

为了提高无刷双馈风力发电机系统的控制灵活性和故障冗余能力,进一步减小所需变频器容量,实现最大功率跟踪,提出一种具有开绕组结构的无刷双馈风力发电机及其直接功率控制系统。将无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)的控制绕组端设计为开绕组结构,采用双端供电式级联型两电平逆变器与控制绕组两端连接对开绕组BDFG(open-winding BDFG,OW-BDFG)进行励磁,可对各相控制绕组电流进行独立控制。针对该种由双逆变器馈电的OW-BDFG,提出采用混合矢量直接功率控制(direct power control,DPC)方法以实现最大功率跟踪,该种控制方法结构简单,计算量小,且无需观测磁链大小,实时性好。最后,通过仿真研究验证所提出OW-BDFG直接功率控制系统的有效性和可行性。     

新型混合粒子群算法在电力系统最优潮流计算中的应用

根据风速的概率分布函数和给定风速下风机的输出功率,求出风电机组的有功功率分布函数,然后对含有异步风力发电机的节点采用无功-电压模型进行潮流分析,以电力系统中的发电机容量、支路功率和静态安全电压为约束条件,建立起常规机组发电成本和风电机组惩罚成本的目标函数,提出一种新型混合粒子群算法,并结合IEEE39节点系统进行仿真,通过与传统粒子群算法进行对比,验证新算法的优越性及模型准确性。     

国内外风电齿轮箱设计技术及主流技术路线综述与展望

本文对风电齿轮箱设计技术及产业现状和发展方向进行了综述。同时,对风电齿轮箱的主流技术路线,如传统圆柱齿轮技术路线、行星轮系与平行轴相结合的三级式技术路线、复合行星齿轮技术路线、柔性轴技术路线、功率分流技术路线以及"融合技术路线"分别进行了总结和探讨。     

行星差动齿轮箱速比及功率分配计算

本文以Maag DPPV风电行星差动齿轮机构为例,使用Romax软件建立了此行星差动齿轮机构的虚拟样机模型,验证了行星差动机构传动比与功率分流的内在规律,同时建立的Romax模型为后续系统分析齿轮箱的可靠性提供了基础,这也为行星差动齿轮机构的分析提供了一条新途径。     

大型直驱永磁风力发电机及其并网运行研究

为了研究大型直驱式永磁风力发电机控制及其并网后在电力系统中的运行,建立了风速模型、发电机模型,对直驱式永磁风力发电机的工作原理进行了研究,对风力发电机接入电网运行进行了分析,并对最大功率跟踪和桨距角控制进行了研究.采用理论分析与计算机仿真方法,给出了仿真结果.结果表明,直驱永磁风力发电机在低于额定风速时可以跟踪最大功率,高于额定风速时可以保持额定功率;直驱式永磁风力机对故障电流无贡献,对电网谐波影响很小,几乎不存在闪变问题,对电网频率稳定性无贡献.     

风电场变速恒频风力发电机之间谐波扰动研究

变速恒频风力发电机在工作过程中会产生谐波,当双馈异步风力发电机风速达到切入风速时,并入电网的双馈异步风力发电机与其他直驱永磁风力发电机之间会因为功率传递产生谐波扰动,文章研究分析了此问题,并根据瞬时无功理论和其他风力发电有关理论在Matlab中进行建模和仿真,仿真结果表明亚同步发电状态双馈异步风力发电机会因为功率传递受到正常工作直驱风力发电机的谐波扰动,扰动会随着风力发电机数量的增多而加剧。     

风电行星齿轮系统动态均载特性分析

以风电增速齿轮斜齿行星轮系为研究主体,考虑到太阳轮与内啮合轮间存在的多对间隙对齿轮啮合的影响,建立行星轮系几何模型,采用接触-冲击动力学理论和刚柔耦合建模分析方法,计算分析行星轮系啮合应力的分布情况,进而得到风电斜齿行星轮系在不同转速、不同扭矩下的动态均载系数。由于风力发电机常处于变风载工况下,因此研究不同转速和扭矩时行星轮系及行星轮的动态均载系数的变化规律。结果表明:随着转速的增大,行星轮系的动态均载系数变小;随着负载的增大,动态均载减小;随着啮合过程冲击逐渐变小,在轮齿啮合过程中其刚度变化平稳,同时均载系数也会更接近于1;实际工况下风载会改变转速从而带来大的冲击作用,造成行星齿轮的破坏,为了减少风电行星轮系统齿轮的破坏,应尽可能增加浮动装置。     

风电行星轮系动态传动特性分析

以风力发电机用增速齿轮箱内斜齿行星齿轮系为研究对象,考虑行星架存在的多间隙对齿轮啮合影响,建立齿轮系的非线性有限元模型,结合接触冲击动力学理论和有限元法,得到风电斜齿行星轮系的动态啮合应力和齿根弯曲应力。研究不同转速和扭矩时风电齿轮传动的特点和变化规律,分析转速和扭矩对斜齿行星传动特性的影响,并对不同扭矩和转速的齿轮啮合应力和齿根弯曲应力进行对比。结果表明:转速对啮合应力的影响较大,转速达到某一数值时,齿轮啮合过程中的应力达到最小,在此基础上增大或减小转速,应力均会增大;扭矩对应力的影响不大,但增大到或减小到一定程度会导致齿轮卡齿,建议对轮齿进行修行,以减小轮齿的应力。     

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。