风力发电机载荷特性及传动系统动力学研究

摘要

随着化石燃料的枯竭和环境问题的日益突出，可再生能源的利用越来越受到重视。近十年来，在诸多可再生能源中最具有经济性的风能在全球得到了快速的发展，成为新能源的主要形式之一。
　　 在风力发电中，风力发电机的关键部件增速齿轮箱的运行可靠性一直是困扰风力发电的主要问题之一。增速齿轮箱在运行中既要承受季节变化时温差带来的恶劣环境，更要承受风场风速的随机变化所产生的变载荷。因此研究风力发电机在变风速下的载荷特征及其对传动系统动力学行为的影响，对提高传动系统的可靠性具有十分重要的意义。
　　 本文在国家自然科学基金项目的资助下，通过建立风场的风速模型，研究变化的风速通过风力发电机叶片所产生的变载荷，在此基础上研究变风载条件下风力发电机传动系统的动力学行为。所做的主要工作有：
　　 ①建立了风场的风速模型。利用自回归法（AR）建立了4阶自回归风速模型，采用Yule-Walker方法求解自回归系数，得到了风场的风速时程。
　　 ②根据空气动力学和叶素理论建立了风力发电机叶片的载荷模型，获得了变风速条件下风力发电机叶片（也即增速传动系统输入轴）的变载荷，获得了变载荷的统计载荷谱，并分析了叶片参数对变载荷的影响规律。
　　 ③建立了风力发电机传动系统的动力学模型，推导了相应的动力学方程，通过数值法求解了变风速条件下传动系统对变载荷的动态响应。
　　 ④研究了变风载条件下，风力发电机叶片参数（桨距角、扭转角和攻角）对传动系统动力学特性的影响规律，为风力发电机的变桨距控制和叶片的参数优化设计奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2风速模拟计算的理论基础

3叶片载荷的计算与分析

4传动系统的动力学模型

5变风载条件下传动系统的动力学响应

6总结与展望

致 谢

参考文献

附 录