变风速运行控制下风电传动系统动态特性

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1、学兔兔www.xuetutu.com第48卷第7期机械工程学报VO1．48NO．72012年4月JOI瓜NAL0FM哐CHANICALENGINEERINGApr．2012DoI：10．3901／JME．2012．07．001变风速运行控制下风电传动系统的动态特性水秦大同龙威杨军周海波(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044)摘要：基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto．regressive，AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟；根据风力发电机在实际

2、情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励；综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励，采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型：在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算，分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。关键词：随机风速风力发电机齿轮传动运行控制动态特性中图分类号：TH

3、132DynamicCharacteristicsofWindTurbineTransmissionSystemunderVeryingWindSpeedandOperationControlConditionsQrNDatongLONGWeiYANGJunZHOUHaibo(TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity,Chongqing400044)Abstract：Thewindpowertrmasmissionsystemis

4、studiedbasedonthemethodofgearsystemdynamics．Auto-regressivemethodisusedtosimulatewindspeedoftruewindfield，andtime—varyinginputtorqueofgeartransmissionsystemofwindturbine，causedbystochasticwindspeedundertheactualoperationcontrolstrategyofthewindturbineisthenobtai

5、ned．Acouplingdynamicmodelofthegeartransmissionsystemisbuiltbyusinglumped-parametermethod，themodelincludesthetime-varymeshstiffnessofgearpair,thestiffnessofrollingelementbearing，themeshingerror,etc．Thendynamicdiferentialequationisbuiltonthatbasis，andnaturalfreque

6、ncies，vibrationresponses，dynamicmeshingforcesofgearsaswellasbearingforcesofthegeartransmissionsystemareobtainedbyusingnumericalmethod．Researchresultslayafoundationfordynamicperformanceoptimizationandreliabilitydesignofthegeartransmissionsystemofwindturbine．Keywo

7、rds：StochasticwindspeedWindturbineGeartransmissionOperationcontrolDynamiccharacteristic评估奠定基础。0前言长期以来，国内外专家学者对行星齿轮机构进行了大量的研究。KAHRAMAN等LJJ建立了纯随着能源危机的日益加剧和对新能源开发的扭转振动模型，分析了扭转振动特点，并针对行星迫切需求，风能作为高效的清洁能源正逐渐为人们轮系的参数敏感性和稳定性问题进行了深入的研所重视，因此风力发电技术得到了前所未有的发展，究；LIN等【3】建立了行星

8、齿轮传动系统的扭转一横而作为风电核心设备的增速箱，因其工作在柔性支向振动模型，模型中将滚动轴承模拟为线性弹簧并撑下的高空环境、严寒酷暑及变载荷等复杂工况下，考虑了齿轮的时变啮合刚度，分析了行星齿轮传动的固有频率和模态等动态特性；孙涛等[4-5]建立了是风电设备故障率最高的部件之一，故须对其进行深入的动力学研究，为风电增速箱零部件的