雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振疲勞可靠性分析.pdf

1、目前，大容量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中由各種電氣故障擾動(dòng)造成的穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振造成軸系齒輪裝置的疲勞損傷問(wèn)題開(kāi)始受到人們關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系可靠性的研究仍處于起步階段，本文以疲勞損傷程度作為可靠性指標(biāo)，主要研究了不同類型電氣故障擾動(dòng)作為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振激勵(lì)源對(duì)軸系齒輪裝置疲勞損傷程度的影響。本論文得到了山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)”的支持。
　　本文首先建立了

2、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系傳動(dòng)鏈實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系三質(zhì)塊等效數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，提出特征值分析法計(jì)算分析雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振模態(tài)，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振的固有頻率與振型，分析軸系扭振幅值最大部位。
　　第二，從風(fēng)速擾動(dòng)與電氣故障擾動(dòng)兩個(gè)角度提出造成雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振的不平衡激勵(lì)源，重點(diǎn)討論了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于不同類型電氣故障作為扭振激勵(lì)源造成軸系扭振的機(jī)理。通過(guò)PSCAD電磁暫態(tài)仿真軟件對(duì)不

3、同激勵(lì)源造成雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩振蕩情況仿真分析，得到故障狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩振蕩波形與機(jī)械轉(zhuǎn)矩波形。
　　第三，提出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系扭振造成軸系零件疲勞損傷的機(jī)理，并建立多晶體結(jié)構(gòu)金屬材料模型分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系齒輪材料在軸系扭振作用下疲勞破壞過(guò)程。為了分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪材料的疲勞特性，提出通過(guò)行星齒輪材料參數(shù)近似擬合軸系行星齒輪的應(yīng)力-壽命曲線(S-N曲線)的方法。分析材料的記憶特性與順序效應(yīng)，提出采用雨流計(jì)數(shù)法作為

4、行星齒輪模型的載荷計(jì)數(shù)方法，對(duì)不同扭振激勵(lì)源作用下的電磁轉(zhuǎn)矩振蕩載荷雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，并制作等效載荷譜。提出多種齒輪材料多軸疲勞損傷模型，并對(duì)Miner理論等疲勞損傷累積理論進(jìn)行分析。
　　最后，提出有限元分析的方法對(duì)不同電氣故障激勵(lì)源作用下的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系齒輪模型疲勞損傷程度分析計(jì)算。利用Solidworks有限元建模軟件建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系行星齒輪有限元模型，通過(guò)ANSYS有限元分析軟件對(duì)行星齒輪有限元模型劃分網(wǎng)格并校驗(yàn)其靜強(qiáng)度

5、?；赟-N曲線理論與Miner線性疲勞累積損傷方法，通過(guò)Ncode疲勞損傷計(jì)算軟件對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系齒輪在不同電氣故障扭振載荷作用下的疲勞損傷程度分析計(jì)算。
　　本文從可靠性角度分析了不同電氣故障作為扭振激勵(lì)源對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系齒輪部分疲勞損傷程度的影響，研究成果有助于預(yù)測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸系齒輪裝置使用壽命，評(píng)估風(fēng)力發(fā)電機(jī)所能承受的電力系統(tǒng)故障擾動(dòng)容許值，為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及時(shí)檢修維護(hù)與風(fēng)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行提供理論依據(jù)與技術(shù)支持