运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

摘要

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素。仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性。研究结果表明:启动工况下,风电传动系统动态响应平稳;发电运行工况下,风电传动系统处于变速变载状态,易被激起低频振荡,动态响应复杂。在发电机齿槽效应、磁饱和等因素作用下,电流和电磁转矩产生由时间谐波和空间谐波引起的主谐波频率波动;经机电耦合作用,齿轮振动特性与发电机电磁特性相互影响,电流和电磁转矩中含有更多与齿轮啮合相关的机械振动频率成分,同时电磁转矩反作用于齿轮系统,激发齿轮系统产生丰富的结构频率。