雙饋風(fēng)力發(fā)電機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)電機在運行過程中由各種電氣故障擾動造成的穩(wěn)定性問題越來越嚴重，風(fēng)力發(fā)電機軸系扭振造成軸系齒輪裝置的疲勞損傷問題開始受到人們關(guān)注。目前國內(nèi)外對風(fēng)力發(fā)電機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作為雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系扭振激勵源對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科技攻關(guān)項目“大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)技術(shù)開發(fā)”的支持。
　　本文首先建立了

2、雙饋風(fēng)力發(fā)電機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機軸系傳動鏈實際結(jié)構(gòu)，建立風(fēng)力發(fā)電機軸系三質(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算分析雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系扭振模態(tài)，得到風(fēng)力發(fā)電機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)速擾動與電氣故障擾動兩個角度提出造成雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系扭振的不平衡激勵源，重點討論了雙饋風(fēng)力發(fā)電機由于不同類型電氣故障作為扭振激勵源造成軸系扭振的機理。通過PSCAD電磁暫態(tài)仿真軟件對不

3、同激勵源造成雙饋風(fēng)力發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩振蕩情況仿真分析，得到故障狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩振蕩波形與機械轉(zhuǎn)矩波形。
　　第三，提出雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系扭振造成軸系零件疲勞損傷的機理，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)電機軸系齒輪材料在軸系扭振作用下疲勞破壞過程。為了分析風(fēng)力發(fā)電機齒輪材料的疲勞特性，提出通過行星齒輪材料參數(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)，提出采用雨流計數(shù)法作為

4、行星齒輪模型的載荷計數(shù)方法，對不同扭振激勵源作用下的電磁轉(zhuǎn)矩振蕩載荷雨流計數(shù)統(tǒng)計，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Miner理論等疲勞損傷累積理論進行分析。
　　最后，提出有限元分析的方法對不同電氣故障激勵源作用下的雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系齒輪模型疲勞損傷程度分析計算。利用Solidworks有限元建模軟件建立風(fēng)力發(fā)電機軸系行星齒輪有限元模型，通過ANSYS有限元分析軟件對行星齒輪有限元模型劃分網(wǎng)格并校驗其靜強度

5、。基于S-N曲線理論與Miner線性疲勞累積損傷方法，通過Ncode疲勞損傷計算軟件對雙饋風(fēng)力發(fā)電機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算。
　　本文從可靠性角度分析了不同電氣故障作為扭振激勵源對雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系齒輪部分疲勞損傷程度的影響，研究成果有助于預(yù)測雙饋風(fēng)力發(fā)電機軸系齒輪裝置使用壽命，評估風(fēng)力發(fā)電機所能承受的電力系統(tǒng)故障擾動容許值，為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及時檢修維護與風(fēng)電機組安全可靠運行提供理論依據(jù)與技術(shù)支持