基于改进的瞬态传递矩阵法的风力发电机转子建模与分析

风力发电机转子的动力学特性是风力发电机组的关键性能.为解决风力发电机转子动力学有限元仿真的时效问题,本文提出改进的瞬态传递矩阵法分析风力发电机转子瞬态响应.以变截面轴段方式改进轴段单元加速度传递矩阵,使其适用于锥形支撑结构类型,采用Riccati分块矩阵递推,获得计算风力发电机转子的瞬态传递矩阵法.最后,作为算例,对一划分为19个轴段的风力发电机转子作了计算,并与Runge-Kutta法进行对比,验证了本文方法的高效性.     

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.     

双馈式风力发电机齿轮箱的动态特性分析

利用风机仿真软件(SWT),对某1.5 MW双馈式风力发电机齿轮箱的动态特性进行了研究。应用梁单元和超单元建立了齿轮箱参数化模型,对其进行了模态分析,将得到的固有频率与激励频率比较,确定不存在共振点;在考虑风剪切效应和塔影效应的基础上,建立了风机整机全耦合模型,得到了正常发电和紧急停机工况条件下齿轮箱系统的动态响应、齿轮啮合力和轴承受力情况。研究结果表明,风机齿轮箱的动态响应及动态载荷与其运行工况和外部风载荷密切相关,且各级齿轮的动态啮合力与齿轮轴的转矩有相同的变化趋势;行星轮轴承所受载荷最大,更容易发生损坏。研究结果为风力发电机齿轮箱传动系统的动态优化设计提供了理论依据。     

大型发电机-励磁机转子系统不平衡响应分析

按非线性模型对大型发电机-励磁机转子系统不平衡响应进行了大量的分析计算,深入地探讨了励磁机轴承类型、结构参数、静载荷分布及润滑油粘度等因素与励磁端轴振的关系,并提出了相应的控制措施.     

电枢绕组断路故障对永磁风力发电机电磁场的影响

以一台1.5 MW、并联支路数为4的分数槽永磁风力发电机为例,建立了永磁风力发电机的二维场路耦合有限元电磁场计算模型,对比分析了永磁风力发电机带额定负载运行过程中,发生电枢绕组支路断路和单相断路两种断路故障对电机电磁场的影响.研究了两种断路故障下电机气隙磁密各次谐波、支路电流及转子表面所受电磁力密度的变化规律,为永磁同步风力发电机电枢绕组断路故障诊断提供了理论依据.     

表贴式与内置式永磁同步风力发电机的轴电流模型对比分析

永磁同步风力发电机通过变流器与电网相连时,变流器产生的共模电压会产生轴电压和轴电流,继而引起轴承早期失效,危害系统的安全运行,因此对永磁同步风力发电机轴电流问题进行研究具有重要意义.本文对表贴式与内置式永磁同步发电机的轴电流问题进行分析,分别建立轴电流分析模型,通过解析计算获取杂散电容参数,确定发电机的轴承分压比.通过对比分析发现:永磁同步发电机的轴承分压比小于双馈异步发电机;内置式永磁同步风力发电机与表贴式的轴电压分压比相近;但是表贴式永磁同步电机的共模电流较大.     

双馈风力发电机故障穿越能力研究

在不对称电网故障下,为提高双馈风力发电机(DFIG)三相不平衡故障穿越能力,采用甘肃河西电网的实时数据,对双馈风力发电机发生不对称故障下穿越能力进行研究.在发电机出口串联采用改进控制策略的DVR,辅助DFIG风电机组实现故障穿越.为提高检测精度,首先,通过锁相环与pqr变换检测方法结合对电压跌落检测系统加以改进,为克服不平衡故障下负序分量对网侧和机侧的影响,在检测系统中加入基于对称分量法的正负序解耦算法;其次,利用四个PID控制器将参考电压的值与通过检测系统的结果值进行比较,分别调节每一相序,注入无功功率到电网中,保证待恢复的双馈风力发电机端口电压可以达到额定值,转速恒定,进一步保证系统的稳定运行.仿真结果验证了该方法的正确性.     

变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制

针对变速恒频风力发电机并网系统,提出了一种基于终端滑模和扩张状态观测器的转子电流复合控制方法.终端滑模控制不仅可以使得系统状态在有限时间内到达滑模面,而且使得状态在有限时间内沿着滑模面收敛到平衡点,使得发电机转子的d轴电流、q轴电流在有限时间内到达参考值,实现快速收敛和更好的跟踪精度.采用扩张状态观测器观测出系统扰动并进行前馈补偿,这有利于减小终端滑模控制所需要的切换增益而削弱可能的抖振现象,使系统得到更平滑的定子电压波形.仿真结果表明,该复合控制策略对参数摄动和扰动具有更强的鲁棒性,并网系统具有优良的动态性能.     

电网故障下双馈风力发电机组的控制策略研究

双馈风力发电机(DFIG)系统变流器仅对发电机的转差功率进行变换,因此它比同容量直驱风力发电机的变流器容量小很多,但这使得它对电网故障的抵御能力较弱.本文针对双馈风力发电系统在电网故障下的控制策略进行研究.在电网故障时,DFIG系统的控制包括阻止风轮过速进行的桨距角控制和功率变流器在电网故障期间和之后的保护和电网电压支持控制.为了在电网故障期间提高DFIG电网电压支持能力,在正常运行时的DFIG控制结构基础上加入了另一控制级.这个控制级包括阻尼控制器、转子侧变流器、电压控制器和网侧变流器无功补偿器.仿真结果证明了所提出方案的可行性.     

兆瓦级永磁直驱风力发电机瞬态场分析

永磁直驱风力发电机是风力发电的中核心装备,其设计分析具有重要意义.分析了永磁同步电动机转子磁极结构和永磁材料性能,利用Ansoft软件对兆瓦级永磁直驱风力发电机进行瞬态场电磁分析.得到了空载、负载运行时永磁直驱风力发电机磁场分布.为永磁直驱风力发电机的设计提供有效参考.     

含轴电流损伤的球轴承动力学建模及特性分析

以风力发电机球轴承为研究对象，提出了凹坑形式的轴电流损伤模型，分析该损伤对轴承动力学特性的影响规律.利用半正弦和分段激励函数建立了一个含长度、宽度和深度的损伤模型，用于描述轴电流的不同损伤程度；建立了含轴电流损伤的轴承动力学模型，来研究损伤凹坑的大小和形状及外载荷对轴承的振动特性影响；通过轴承的接触分析，研究了轴电流损伤程度对轴承载荷分布的影响；将仿真结果和实验对比，验证了模型的正确性.研究结果表明：所提出的模型可以准确地描述由凹坑形式的轴电流损伤导致的冲击激励与周期性变化现象；随着轴电流损伤程度的增大，轴承的振动响应和接触力变大，系统趋于不稳定.     

同步发电机偏心与绕组短路故障对磁场及电磁振动的影响

以1台6 MW汽轮同步发电机为例,对转子静偏心、定子匝间短路及其联合故障下的磁场、电磁力和电磁振动进行研究。在气隙磁场不对称情况下,以等效电路为基础的经典算法将不再适用,为此建立发电机的有限元模型,基于瞬态磁场的计算结果,给出不同故障类型下的气隙磁场变化特征,并得到发电机不同运行状态下的径向电磁力及其与对应故障参数的变化关系。将电磁力作为载荷,对发电机的电磁振动进行研究,通过比较正常运行和故障运行状态下的位移曲线,定性分析不同故障对电磁振动的影响。研究结果表明:且该振动特征可以为发电机偏心和绕组短路故障诊断提供理论依据。     

新颖的双馈式风力发电机低电压穿越控制策略

针对现有文献中双馈风力发电机组低电压穿越控制策略存在的缺陷,提出一种新颖的低电压穿越控制策略.在电网故障期间,利用双滞环电流控制器快速的瞬态响应速度和对系统参数变化的不敏感性来抑制转子电路的过电流;在dc-link上采用crowbar技术,吸收转子侧多余能量,防止直流母线电压过高.在Mtalab/Simu1ink平台中构建了所提出的低电压穿越控制策略的动态仿真模型,研究了三种典型电网故障下的低电压穿越性能,验证了所提出的低电压穿越策略的可行性.仿真结果表明所提出的低电压穿越策略抑制了转子绕组的过电流和dc-link的电容过电压,改善了双馈式风力发电机的低电压穿越性能.     

基于有限元法计算涡轮冷却器转子的临界转速

采用有限元法分析了飞机环境控制系统升压式涡轮冷却器转子的·临界转速,通过对轴段和盘的受力分析得出轴段和盘单元的运动方程．把支承和密封对轴的作用力按节点力处理,再由单元运动方程综合出转子系统的运动方程：求解临界转速归结为特征值的计算。并且针对升压式涡轮冷却器转子的特点．用Matlab编写了计算转子临界转速的程序,并以计算实例验证了有限元法的正确性、有效性和准确性,在升压式涡轮冷却器转子临界转速的计算中获得了较理想的结果。     

含变速恒频风电机组的电网运行特性仿真

风力发电机组的输出功率会随着风速变化而变化,对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响。本文通过Simulink模块来搭建风力发电机组各部件系统的仿真模型,并将搭建的风力发电机模型与电网模型进行并网运行仿真。研究了不同风速下风力发电机组并网对电网的影响,以及不同故障下风力发电机对电网运行稳定性的影响。结果表明：当风力发电机组在高风速和低风速下运行时,风力发电机组输出的无功功率、有功功率都远小于在额定风速下的,从而造成不小的功率缺额,对电网系统电压幅值的稳定和维持整个电网系统频率的恒定有重要影响。通过对比发现,对稳定性影响程度最大的是三相短路故障,其次的是系统发生两相接地短路故障,接着是发生两相相间短路故障,其中故障后对电力系统稳定性影响程度最小的是发生单相接地短路故障。     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

发电机转子绕组匝间短路故障的分析与检测

深入分析了发电机发生转子绕组匝间短路故障后的电磁特性,得出当发电机发生匝间短路故障后,若端电压和有功功率保持不变时,无功功率会相对减小的结论;同时推出在一定的状态下,有功功率、无功功率和励磁电流之间的对应关系。利用人工神经网络具有不需要精确的数学模型及诸多参数的优点,把人工神经元网络方法引入到发电机转子绕组匝间短路的故障诊断技术中,可通过对故障样本的比较,诊断出转子绕组匝间短路的故障情况。     

双馈风电机组在电网对称故障下低压穿越仿真

以双馈式风力发电机（DFIG）为主体的大型风力发电机组在电网中所占的比例快速提高,为了确保风电接入电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性,电力系统对并网风力发电机在电网故障,特别是电网电压骤降故障下的低压运行能力提出了更高的要求。文中介绍了电网对称故障时DFIG的暂态特性,通过对转子电流与定子磁链的关系分析得出优化转子侧变换器控制策略的方案,通过配合改进网侧变流器控制方法为DFIG在电网电压跌落期间提供了一个稳定的直流母线电压,从而使电网对称故障时的定转子过电流和直流母线侧过电压的情况得到解决。在研究模型的基础上,通过改变转子侧和网侧变换器控制策略的Matlab模型进行仿真实验,结果表明该方案对于对称电压跌落故障时的LVRT有一定的可行性。     

基于RT-LAB永磁同步风力发电系统的实时仿真

为提高风力发电系统模拟的准确性和有效性,通过RT-LAB实时仿真器建立直驱式永磁同步风力发电机模型,包括风力机模块、最大风能捕获模块、功率跟踪模块、永磁同步发电机及背靠背PWM变频器主电路模块、SVPWM矢量控制模块等。采用机侧转子磁链定向控制与网侧直接功率控制,实现对发电机转子转速的跟踪和网侧并网的要求,分析风力机故障输出转矩急剧变化时对并网电流的影响。仿真实验表明:系统总超时数达到实时控制的要求,实验结果与理论分析一致,证明仿真系统的有效性。     

基于模糊算法的风力发电机MPPT控制

针对直驱式或半直驱式永磁式风力发电机控制系统,在风轮气动特性理论基础上,结合现有最大功率曲线控制方法,采用改进型模糊控制方法,实现风力发电机的最大功率跟踪(MPPT).不依赖于系统的数学模型,对外界电网参数和传感器信号等环境因素影响和系统干扰具有良好鲁棒性.所提出的方案对于其它类型风力发电系统也具有良好的借鉴作用,具有一定的推广和应用价值.