风力发电机传动装置建模分析

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了人们的重视。进入新世纪以来，在诸多可再生能源中最有经济性的风能在全球得到了快速的发展，成为新能源发展的主要形式之一。
　　在风力发电中，风力发电机传动装置的运行可靠性一直是困扰风力发电发展的主要问题之一。因此，研究风力发电机在变风速下的传动装置动力学特性，对提高传动装置可靠性具有十分重要的意义。
　　本文根据风力机系统的理论、原理等内在的联系，推导出风力机动态过程的微分方程，建立起传动装置的数学模型。进而得到了整个传动装置的传递函数，并通过MATLAB的SIMULINK工具箱进行了仿真分析，对结果进行了分析研究，得出更加合理的系统模型。在此基础上，利用合理的系统模型，对齿轮增速箱进行了初步的动力学分析。主要研究完成的工作和结论如下:
　　(1)简单介绍了风力发电机的发展简史和基本结构以及分类的基本理论知识，并着重介绍了风力发电机组的传动装置结构，为后来的理论研究提供依据，为进一步的对传动装置的动态特性仿真研究奠定了基础。
　　(2)介绍自然风的特点，利用风速四分量模型建立模拟自然风速的数学模型。采用弹簧——质量——阻尼系统结构并按照风力机运行机理，建立了风力机传动装置的两种模型，刚性轴模型和柔性轴模型，并明确了相应的仿真分析方法。对两种模型分别进行了动力学仿真，并进行分析比较，研究其动态特性变化，确定了柔性轴模型是更加合理的系统模型。
　　(3)利用对传动装置所建柔性轴模型进行对齿轮增速箱的简单受力分析。利用柔性轴模型能够得出齿轮增速箱的输入转矩，然后运用MATLAB进行齿轮增速箱的建模仿真，由此依次得出各个齿轮的受力曲线图，为以后进行齿轮和轴的强度校核以及结构优化提供依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 能源危机与可再生资源

1．1．2 国外风力发电发展简介

1．1．3 国内风力发电发展简介

1．2 国内外风力机相关技术的研究现状

1．2．1 风力发电机传动装置的动力学研究现状

1．2．2 计算机辅助在风力发电机组研究中的应用

1．3 本文研究的现实意义

1．4 本课题的研究方法及主要内容

第2章 风力发电机基本理论

2．1 风力发电机发展简史

2．2 风力发电机分类及结构分析

2．2．1 风力发电机的分类

2．2．2 水平轴风力机结构分析

2．3 风力发电机传动装置简介

2．4 本章小结

第3章 风力发电机风力载荷建模与计算

3．1 风特性

3．1．1 风的形成

3．2 风力机的空气动力学特性

3．2．1 贝兹(Betz)理论

3．2．2 风力机的特征系数

3．2．3 风力机的动力特性

3．2．4 风速模型的建立

3．3 本章小结

第4章 风力发电机传动装置动力学建模与分析

4．1 发电机的动态过程描述

4．2 传动装置动力学建模

4．2．1 建模原理

4．2．2 刚性轴模型

4．2．3 柔性轴模型

4．3 传动装置动力学仿真分析

4．3．1 风速的仿真

4．3．2 风力发电机传动装置的仿真分析

4．3．3 仿真结果分析

4．4 本章小结

第5章 传动装置中齿轮箱的建模分析

5．1 齿轮箱的物理模型

5．2 风力发电机齿轮增速箱的仿真分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢