變風速運行控制下風電傳動系統(tǒng)的動力學特性及其于動力學的可靠性研究.pdf

1、隨著能源危機的日益加劇和人們對新能源開發(fā)的迫切需求，風能作為高效的清潔能源正逐漸為人們所重視，因此風力發(fā)電技術得到了前所未有的發(fā)展，而作為風電核心設備的增速箱，因其工作在柔性支撐下的高空環(huán)境、嚴寒酷暑及變載荷等復雜工況下，是風電設備故障率最高的部件之一，故須對其進行深入的動力學和基于動力學的可靠性研究，為風電增速箱的正常運行提供保障。
　　 本文受國家自然科學基金項目的資助，以變速變槳距風力發(fā)電機為研究對象，基于其在隨機風況下的

2、運行控制策略得到了風電齒輪傳動系統(tǒng)的外部激勵，并在考慮了齒輪系統(tǒng)的多種內部激勵的條件下，建立了該齒輪傳動系統(tǒng)的齒輪軸承耦合動力學模型，運用數(shù)值分析法求得該齒輪傳動系統(tǒng)在內外激勵的共同作用下的動態(tài)特性，最后根據(jù)動力學的研究結果對風電齒輪傳動系統(tǒng)進行了可靠性建模與評估。論文的主要研究工作包括：
　　 ①以1.5 MW風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，建立風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的齒輪和軸承耦合動力學模型，綜合考慮齒輪的扭轉變形、齒輪時

3、變嚙合剛度、綜合嚙合誤差、軸承的剛度、及軸的扭轉變形等內部激勵，推導出動力學方程。
　　 ②研究了風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)動力學方程中各個參數(shù)計算方法，特別對外部激勵進行了較為細致的研究，采用基于數(shù)值模擬的自回歸(AR)模型來模擬實際風速，根據(jù)風電機組在變風速條件下的運行控制策略，基于不同風速下的最佳控制轉速和最佳控制槳距角求得風電機組的實時風能利用系數(shù)，從而獲得傳動系統(tǒng)的時變輸入轉矩激勵。
　　 ③編程計算出整個風電齒輪

4、傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性，包括齒輪系統(tǒng)的固有頻率和振型，并得到齒輪傳動系統(tǒng)在時變外部激勵和時變內部激勵共同作用下的動態(tài)響應，齒輪副之間的動態(tài)嚙合力以及動態(tài)軸承力。
　　 ④對齒輪的各種失效形式進行了分析，建立齒輪可靠性評估模型，基于動力學研究得到的各齒輪副的動態(tài)嚙合力對各個齒輪構件的可靠度進行評估；建立軸承可靠性評估模型，基于動力學研究得到的軸承動態(tài)接觸力，對軸承進行了基于動力學的可靠性評估；最后建立風電齒輪傳動系統(tǒng)可靠性評估模型，求