风电机组多体系统建模与动态特性仿真分析研究

摘要

大型风电机组是机电液一体化的复杂能源装备，其工况复杂多变，对使用寿命和可靠性要求高。按传统的设计方法，做出实物样机后再进行测试和修改，风险大，成本高，周期长。因此，在设计过程中需通过仿真分析模拟其动态特性，以避免产生大的失误，以缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量。国际通用标准 GL2010已经明确规定设计大型风电机组必须对整机及其传动链进行多体系统建模和动态性能仿真分析，但目前国内还刚起步，该论文就是针对一种MW级风电机组整机及其传动链进行的多体系统建模与动态特性仿真分析研究，具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　论文的主要研究内容如下：
　　(1)研究纯扭转多刚体齿轮箱模型、六自由度多刚体齿轮箱模型和多柔体齿轮箱模型等三种复杂度齿轮箱模型的多体系统建模方法，对其频域特性和时域特性进行仿真分析和对比，并验证了各建模方法的优势和缺陷。
　　(2)建立某机型传动链详细的多柔体系统仿真模型，并应用该模型进行频域响应分析和时域仿真分析，综合地甄别出风电机组传动链的危险共振点和相应的响应零部件。
　　(3)建立了某机型风电机组整机气-弹-控耦合仿真模型，在模拟风电机组变桨和紧急停机工况下，使用变速变桨控制方案和转速同步优化刹车方案进行仿真分析，验证了良好的控制效果。
　　(4)通过理论固有频率计算和参数一致性检验综合验证风电机组仿真模型，验证本文建立仿真模型的准确性和可行性。
　　论文的研究成果可以为风电机组设计、认证和故障分析提供一定的参考。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外风电机组多体系统建模与仿真发展及研究现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 论文内容及结构

2 风电机组齿轮箱三种复杂度多体建模与对比分析

2.1 齿轮箱模型概述

2.2 纯扭转多刚体齿轮箱模型

2.3 六自由度多刚体齿轮箱模型

2.4 多柔体齿轮箱模型

2.5 对比分析

2.6 小结

3 风电机组传动链建模与共振分析

3.1 传动链建模

3.2 频域响应分析

3.3 时域仿真分析

3.4 小结

4 风电机组整机联合仿真分析

4.1 风电机组气-弹-控耦合仿真模型

4.2 变速变浆仿真模型

4.3 紧急停机仿真模型

4.4 小结

5 风电机组仿真模型验证

5.1 理论固有频率计算

5.2 参数一致性检验

5.3 小结

6 结论及展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录