双馈异步风力发电机组次同步振荡建模与扭振安全性研究

发布时间：2017-09-19 16:29

  本文关键词：双馈异步风力发电机组次同步振荡建模与扭振安全性研究

  更多相关文章： 风电机组 轴系扭振 安全性 寿命损耗

【摘要】：在现代化的电厂中,保证风机的安全是尤为重要的工作。随着风力发电事业的迅速发展和机组容量的变大,更多的故障问题引发人们的重视,扭振就是其中之一。风电机组运行稳定性与风速变化息息相关,同时,匝间短路、甩负荷等机电扰动也可能使轴系产生扭振故障。风力的变化和电网的波动对风机具有长期的影响,瞬态冲击类故障虽然时间短,但在不利条件配合下,仍可能产生超过轴系承受能力的巨大交变应力,而造成轴系一次性的损坏,因此对风机轴系扭振的研究具有十分重要的意义。本文以某1.5MW的双馈异步风电机组为例进行分析,首先对风电机组轴系的扭转振动进行了建模,包括轴系、风轮、齿轮副和联轴器,根据风机的多分支结构进行分析,建立了多轴系的集中质量模型,并对轴系的固有特性进行分析,得出了风机轴系振型及固有频率,为验证上述建模的准确性,利用ansys有限元软件进行验证,分析了参数变化对固有特性的影响。其次,对扭振故障进行分析,阐述了引起风机扭振的交变激励源,包括交变风力,次同步振荡和瞬态冲击类故障。给出了各种故障的故障机理和分析模型。最后,针对轴系扭振提出了Newmark-β法和raccati法相结合计算响应,利用四点关联法估算材料的扭振S-N曲线,分析各类故障下的危险截面应力,计算其应力集中系数,采用雨流记数法计算疲劳寿命,将多轴应力修正考虑在内,用Manson-coffin应变寿命公式对疲劳寿命的计算进行修正,并介绍了miner理论计算疲劳累积寿命损伤。并利用PSCAD对典型故障进行仿真,仿真结果表明第一阶的共振可以被激励出来,次同步共振和发电机故障都会对轴系寿命造成较大损害。
【关键词】：风电机组 轴系扭振 安全性 寿命损耗
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展动态分析10-13
• 1.2.1 国内外研究现状10-12
• 1.2.2 发展动态分析12-13
• 1.3 本论文主要内容13-16
• 第2章 风电机组轴系扭振建模及固有频率分析16-46
• 2.1 风机轴系扭振的特点16
• 2.2 风机分支结构扭振模型建模16-27
• 2.2.1 风机传动系统介绍16-18
• 2.2.2 风机风轮建模18-21
• 2.2.3 齿轮副扭振建模21-24
• 2.2.4 联轴器建模24-25
• 2.2.5 风机扭振当量模型25-27
• 2.3 风电机组轴系扭振固有特性分析27-35
• 2.3.1 风机固有特性的分析27-30
• 2.3.2 基于集中质量法的传递矩阵30-33
• 2.3.3 边界问题及求解33-35
• 2.4 基于传递矩阵法振型及固有频率的计算35-38
• 2.5 基于ANSYS固有频率的计算38-42
• 2.5.1 齿轮副模型的选择38-39
• 2.5.2 其他部件的建模39
• 2.5.3 APDL语言命令流39-41
• 2.5.4 扭振固有频率值41-42
• 2.6 参数变化对固有特性的影响42-45
• 2.6.1 阻尼对系统固有特性的影响42-44
• 2.6.2 齿轮啮合刚度对系统固有特性的影响44-45
• 2.7 本章小结45-46
• 第3章 风电机组扭振故障分析46-61
• 3.1 引起轴系扭转不平衡的激励源46-49
• 3.1.1 风力变化对扭振的影响46-48
• 3.1.2 电磁力矩波动对扭振的影响48-49
• 3.2 次同步振荡49-57
• 3.2.1 次同步振荡特征分析50-53
• 3.2.2 基于柔性轴系的双馈风电机组分析模型53-57
• 3.3 短路故障57-60
• 3.3.1 短路故障特征分析58-59
• 3.3.2 双馈发电机的分析模型59-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第4章 风机扭振疲劳寿命损耗的计算61-75
• 4.1 动态响应分析61-65
• 4.2 材料扭转S-N曲线估算方法65-67
• 4.3 轴系扭振危险截面的确定67-68
• 4.4 应力集中系数计算68-70
• 4.5 机组轴系扭振疲劳寿命损耗估算70-74
• 4.5.1 雨流计数法70-72
• 4.5.2 疲劳寿命计算公式72
• 4.5.3 疲劳累积寿命损伤计算72-74
• 4.6 本章小结74-75
• 第5章 基于PSCAD的扭振仿真与安全性分析75-92
• 5.1 仿真模型与基本参数75-83
• 5.1.1 双馈异步风力发电机系统模型75-80
• 5.1.2 仿真模型80-81
• 5.1.3 基本参数的设定81-83
• 5.2 扭振故障的仿真与安全性分析83-91
• 5.2.1 交变风速83-85
• 5.2.2 短路故障85-89
• 5.2.3 次同步振荡89-91
• 5.3 本章小结91-92
• 第6章 总结与展望92-94
• 6.1 结论92
• 6.2 展望92-94
• 参考文献94-99
• 附录99-101
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果101-102
• 致谢102

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本文编号：882716