失速型风机扭振研究：三质量块模型与模态分析

"基于三质量块模型的失速型风机小信号建模和模态分析" 在风力发电领域，随着风电场的大规模接入，电网稳定性成为关注的重点。失速型风电机组因其特殊的运行机制，可能导致低频振荡和轴系扭振问题，对电力系统安全构成威胁。本文针对这一问题，深入研究失速型风电机组的建模和扭振特性。 首先，文章引入了基于三质量块模型的风电机组轴系模型。这种模型将风轮叶片、低速轴和高速轴视为三个独立的质量块，更准确地模拟了风电机组内部动态行为。相较于传统的单质量块模型，三质量块模型能够考虑轴系的刚度和阻尼效应，更适合分析扭振现象。在齿轮箱部分，由于其连接低速轴和高速轴，模型将齿轮箱转动惯量分别分配给这两部分，提高了模型的准确性。 接着，文章构建了失速型风电机组的小信号模型，这是研究机网扭振的基础。小信号模型可以揭示系统在小扰动下的动态响应，有助于理解和预测风电机组在电网中的行为。模型还包括感应发电机模型、并联补偿电容模型和输电线路模型，全面涵盖了风电并网的关键组件。 通过模态分析法，研究了电气参数变化对失速型风电机组轴系扭振特性的影响。模态分析是一种有效的动力学系统分析方法，能揭示系统的固有频率和振型，有助于理解系统动态行为。通过对电气参数的调整，如发电机参数、并联补偿电容值等，可以探究这些参数如何影响扭振模态，从而为优化设计提供依据。 此外，文章进一步扩展了研究，建立了简化失速型风电场的多机小扰动仿真模型，研究风电场整体的扭振模态变化。这种模型可以模拟多个风电机组并网后的扭振行为，为实际风电场的安全运行提供了理论支持。MATLAB仿真的结果验证了模型的有效性和准确性，证明了该方法在风电机组轴系扭振问题研究中的实用价值。 总结而言，本文的工作主要集中在失速型风电机组的三质量块模型建立、小信号模型构建以及模态分析应用，以研究轴系扭振特性。通过这种方法，不仅可以评估单个风电机组的扭振风险，还能分析整个风电场的扭振传播，为风电并网的稳定性和安全性提供理论指导。未来的研究可以进一步考虑更复杂的环境因素和风电机组之间的相互作用，以深化对风电并网系统扭振问题的理解。