适用于风机扭振分析的风电场等值建模研究

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1、上海交通大学硕士学位论文适用于风机扭振分析的风电场等值建模研究硕士研究生：杨敏霞学号：1120319115导师：解大申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年01月20日授予学位单位：上海交通大学IDissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterEQUIVALENTMODELINGOFWINDFARMAPPLIEDTOSHAFTTORSIONALVIBRATIONANALYSISCandidate：YangMinxiaStudentID:11203191

2、15Supervisor：AssociateProf.XiedaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringSchoolofElectronicInformationAffiliation：andElectricalEngineeringDateofDefence：2015.01.20Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversityII适用于风机扭振分析的风电场等值建模研究适用于风机扭振分析的风电场等值建模研究摘要

3、风电场实际运行监测结果显示，风机运行中的故障主要发生在轴系部分的齿轮箱环节。当轴系齿轮箱出现故障，例如轮齿断裂、轴承断裂等，将直接引发风机停机故障。对运行异常的风电场进行研究发现，轴系故障一般由轴系扭转振荡引发导致机械部件劳损，而风机轴系扭转的可能性与风电场风机的机械参数及电气参数相关。本文针对风电场出现的扭振问题，首先建立模型，建立三质量块轴系数学模型以及发电机模型，利用小扰动建模方法，建立单机对无穷大系统模型以及多机对无穷大系统模型，并通过该模型研究风电场扭振模态及其相关因子，并对比不同风机数量及布局的风电场扭振模态。进一步的，针对风电场规模扩大详细模型仿真难度大的问题，研究风电

4、场的等值建模方法，对比传统的采用参数聚合的等值方法，提出一种适用于风电场扭振分析的等值简化方法，该等值简化方法通过矩阵的相似变换，大幅度降低系统阶数，避免大规模风电场建模出现的“维数灾”问题，与此同时，该等值简化方法保留了系统状态矩阵的完整信息，因此可利用等值简化后的系统状态矩阵对风电场进行扭振特征值的分析。最后，通过同型风电场以及非同型风电场两类算例对该等值简化方法进行验证，通过与等值简化前完整的小扰动模型进行扭振模态的对比，仿真表明等值前后风电场扭振模态较为吻合，本文提出的风电场等值建模方法适用于风电场轴系扭振分析，有效描述风电场扭振动态，可作为风电场扭振抑制控制研究的基础。关键

5、词：风电场，风机扭振，扭振模态，小干扰稳定，风电场等值建模适用于风机扭振分析的风电场等值建模研究EQUIVALENTMODELINGOFWINDFARMAPPLIEDTOSHAFTTORSIONALVIBRATIONANALYSISABSTRACTPracticaloperationofwindfarmfoundthatfailurerateofgearboxofshaftsystemisveryhigh.Torsionalvibrationisthemaincauseforwindfarmturbinefatiguedamage.Thisarticleestablishesawin

6、dfarmmodelbasedonsmallsignaltheoryandtorsionalvibrationmodesandcorrespondingparticipatingfactorsarecalculated.Moreover,torsionalvibrationcharacteristicsofwindfarmisconcludedandverified.Consideringsimulationdifficultybroughtbytheexpansionofthewindfarmscaledetailedmodel,equivalentmodelingofwindfa

7、rmisofvitalimportance.Inthispaper,traditionalequivalentparameterspolymerizationmethodisintroducedandlimitationisanalyzed.Therefore,anequivalentmodelingofwindfarmwhichissuitableforwindfarmstorsionalvibrationanalysisisproposed.Theeq