風力機葉輪不平衡故障建模與仿真研究.pdf

1、葉輪作為風力機的重要部件,對風力機組安全穩(wěn)定運行影響很大,葉輪不平衡故障是葉輪的主要故障之一,特別是風力機的容量越來越大,葉輪直徑越來越大,塔架高度也越高,該故障會引起風力機整體結(jié)構(gòu)的巨大振動在各部件中造成疲勞應(yīng)力進而影響到風力機的壽命。
　　葉輪不平衡故障包括葉輪質(zhì)量不平衡故障與氣動力不對稱故障,本文簡述了這兩種故障的成因,詳細闡述了這兩種故障是如何引起塔架振動及電功率波動的,指出質(zhì)量不平衡故障狀態(tài)下電功率的波動是由不平衡質(zhì)量塊

2、的重力引起葉輪輸出扭矩的波動造成的,而氣動力不對稱故障狀態(tài)下,由于塔架的振動引起葉片所受氣動力發(fā)生波動,進而引起扭矩的波動,最終導致了電功率的波動,即氣動力模型與塔架振動模型是耦合的。
　　本文基于 matlab/simulink平臺建立了包括定速型風力機與變速型雙饋異步電機在正常狀態(tài)與葉輪不平衡故障狀態(tài)下的系統(tǒng)模型,其中采用了動量葉素理論計算葉輪所受氣動力,假設(shè)模態(tài)方法計算塔架的振動,矢量控制方法實現(xiàn)變速型雙饋異步電機的有功功率

3、與無功功率的解耦控制,仿真得到了故障條件下的塔架振動信號與電功率信號,結(jié)果顯示針對定速型風機,質(zhì)量不平衡與氣動力不對稱分別會引起塔架 side-to-side方向與 for-aft方向的振動信號包含葉輪旋轉(zhuǎn)的1倍頻分量,另外這兩者均會引起電功率信號中出現(xiàn)葉輪旋轉(zhuǎn)的1倍頻分量。針對變速型雙饋異步電機,塔架的振動信號與定速型風力機相似,值得注意的是在葉輪轉(zhuǎn)速變化過程中,轉(zhuǎn)速頻率接近塔架自身一階固有頻率時會發(fā)生共振,而電功率信號,與定速型風力