新型风机差动齿轮箱建模与Bladed外部齿轮箱DLL的开发研究

摘要

在当今全球气候变暖和能源危机的环境下，各国都在加紧对风能的开发和利用。风电机组容量在电网中比例不断地增大，电网对风电机组的并网要求将会越来越严。这些要求包括低电压穿越、电压波形畸变、机组无功功率的支撑能力等。目前市场上的主流的双馈式机型对上述要求的满足有着一定的困难，而另一种主流机型直驱永磁式风机在成本与维护上的缺点也限制了其发展。
　　本课题在结合目前主流风机优点与综合考虑电网需求的条件下，提出了一种新型基于可变齿数比齿轮箱的前端调速变速恒频风力发电机，其具有电网友好特性，无需大功率变频器，低电压穿越能力强等优点。课题组将围绕此新型前端调速风机的结构、控制系统的设计和仿真展开工作。新型风机与以往风机的最大不同点在于增加了一个差动可变速比齿轮箱，齿箱中带有一调速电机，是整个风机运行的核心控制单元，而本论文的研究工作重点就集中在差动可变速比齿轮箱的相关工作上。
　　首先，论文对新型风机的工作原理，差动行星齿轮原理结构，以及风机在不同工况下的运行策略方法进行了简要介绍。然后，为了使差动齿箱模型以合理的方式建立在Bladed中，论文还对风电领域中研究较为缺乏的Bladed外部齿轮箱动态链接库接口的行了细致的研究，分析了软件自带的基本功能程序Demo，并通过测试实验对帮助文档中不明确的部分做了分析和解答，开发了齿轮箱DLL与外部控制器DLL的通信方式，填补了部分业界相关研究的空白。接着，重点分析了差动齿轮箱在新型风机运行过程中的工作流程和原理，根据差动齿轮箱各级传动部件之间的关系建立了相应的扭矩传递模型、静态模型和动态模型，在GH Bladed商用风机仿真软件中进行了平均风速的仿真实验，实验结果验证了差动齿轮箱建模的准确性以及外部齿轮箱DLL开发成果的正确性。最后，针对课题中齿轮箱输出轴力矩估计部分，为了验证力矩估计方案的可行性和相关力矩估计算法，初步设计了一个仿真实验平台，这为后续的载荷分析计算奠定了条件。