叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第49卷第2期机械工程学报Vo1．49NO．22013年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2013DoI：10．3901／JME．2013．O2．190叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析冰戴巨川(湖南科技大学机电工程学院湘潭411201)摘要：以兆瓦级直驱式风电机组为研究对象，进行叶片断裂事故发生后风电机组动态特性分析。通过将风轮载荷模型、机电耦合模型和变桨距控制等多个风电机组子系统模型进行集成，得到较完整的系统整体模型。在风轮载荷模型中，不但考虑气动载荷，也考虑惯性载荷和重力载荷等；变桨距

2、控制充分考虑变桨距机构动力学特性。在Simulink环境下建立风电机组数值仿真模型，并假定叶片断裂后几秒内风电机组尚未停机进行仿真研究。研究结果发现，一个叶片断裂后，风轮旋转力矩出现突变，发电机电磁力矩快速响应风轮机械旋转力矩，风轮转速能控制在设定值附近波动；风电机组能量捕获与转换出现失衡，变流器直流电压、输入电网有功功率和无功功率等都出现大幅度波动，造成对电网的冲击。通过分析叶片断裂后风电机组动态特性，能够为风电机组结构设计、运行控制等提供有益的参考。关键词：直驱式风电机组叶片断裂事故动态特性中图分类号：TK83DynamicCharacteristicsAnalyzed

3、ofLargeScaleDirectly—drivenWindTurbinesunderBladeFractureAccidentConditionDAIJuchuan(SchoolofElectromechanicalEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201)Abstract：Millionwattscaledirectly-drivenwindturbinesarechosenasthestudyobjectanditsdynamiccharacteristicsareanalyze

4、dattheconditionofabladefractureaccidenthappening．Byintegratingthewindrotorloadssub—model，electromeehanicalcouplingsub—modelandpitchcontrolsub-model，thesystemmodelsofwindturbinesareobtained．Inthewindrotorloadssub-model，notonlytheaerod)rnamicforcebutalsotheinertiaforceandgravityforceareconsi

5、dered；inthepitchactuatorsub—model，thedynamiccharacteristicsareconsidered．Accordingtotheestablishedwindturbinemodels，thecorrespondingnumericalsimulationmodelsareconstructedinSimulink；thesimulationiscarriedoutassumingthatwindturbineshaveyettobestoppedafterafewsecondsofbladefracture．Theresear

6、chresultsshowthatwhenabladefracturehappening，thewindrotormechanicalrotationaltorquemutates．Sincethegeneratorelectromagnetictorquetracksquicklythewindrotormechanicalrotationaltorque，thewindrotorrotatingspeedremainsnearthegivenvalue．Furthermore，theenergycaptureandconversionofwindturbinesisou

7、tofbalance；theDCcapacitorvoltage，theactivepowerandreactivepowerinjectedintothegridhavedramaticfluctuationswhichhasimpactonthegrid．Throughtheresearch，thedynamiccharacteristicsofwindturbinesareobtainedwhenabladefracturehappeningwhichcanprovideusefulreferenceforw