双馈风力发电机轴系扭振疲劳可靠性分析

发布时间：2017-11-07 23:17

  本文关键词：双馈风力发电机轴系扭振疲劳可靠性分析

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【摘要】：目前,大容量双馈风力发电机在运行过程中由各种电气故障扰动造成的稳定性问题越来越严重,风力发电机轴系扭振造成轴系齿轮装置的疲劳损伤问题开始受到人们关注。目前国内外对风力发电机轴系可靠性的研究仍处于起步阶段,本文以疲劳损伤程度作为可靠性指标,主要研究了不同类型电气故障扰动作为双馈风力发电机轴系扭振激励源对轴系齿轮装置疲劳损伤程度的影响。本论文得到了山西省煤基重点科技攻关项目“大规模间歇式新能源并网技术开发”的支持。本文首先建立了双馈风力发电机暂态数学模型,并根据风力发电机轴系传动链实际结构,建立风力发电机轴系三质块等效数学模型。在此基础上,提出特征值分析法计算分析双馈风力发电机轴系扭振模态,得到风力发电机轴系扭振的固有频率与振型,分析轴系扭振幅值最大部位。第二,从风速扰动与电气故障扰动两个角度提出造成双馈风力发电机轴系扭振的不平衡激励源,重点讨论了双馈风力发电机由于不同类型电气故障作为扭振激励源造成轴系扭振的机理。通过PSCAD电磁暂态仿真软件对不同激励源造成双馈风力发电机电磁转矩振荡情况仿真分析,得到故障状态风力发电机电磁转矩振荡波形与机械转矩波形。第三,提出双馈风力发电机轴系扭振造成轴系零件疲劳损伤的机理,并建立多晶体结构金属材料模型分析了双馈风力发电机轴系齿轮材料在轴系扭振作用下疲劳破坏过程。为了分析风力发电机齿轮材料的疲劳特性,提出通过行星齿轮材料参数近似拟合轴系行星齿轮的应力-寿命曲线(S-N曲线)的方法。分析材料的记忆特性与顺序效应,提出采用雨流计数法作为行星齿轮模型的载荷计数方法,对不同扭振激励源作用下的电磁转矩振荡载荷雨流计数统计,并制作等效载荷谱。提出多种齿轮材料多轴疲劳损伤模型,并对Miner理论等疲劳损伤累积理论进行分析。最后,提出有限元分析的方法对不同电气故障激励源作用下的双馈风力发电机轴系齿轮模型疲劳损伤程度分析计算。利用Solidworks有限元建模软件建立风力发电机轴系行星齿轮有限元模型,通过ANSYS有限元分析软件对行星齿轮有限元模型划分网格并校验其静强度。基于S-N曲线理论与Miner线性疲劳累积损伤方法,通过Ncode疲劳损伤计算软件对双馈风力发电机轴系齿轮在不同电气故障扭振载荷作用下的疲劳损伤程度分析计算。本文从可靠性角度分析了不同电气故障作为扭振激励源对双馈风力发电机轴系齿轮部分疲劳损伤程度的影响,研究成果有助于预测双馈风力发电机轴系齿轮装置使用寿命,评估风力发电机所能承受的电力系统故障扰动容许值,为风力发电设备及时检修维护与风电机组安全可靠运行提供理论依据与技术支持。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315

【参考文献】

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本文编号：1154552