2013年风力发电系统多领域建模与仿真方法综述

本文档深入探讨了"风力发电系统的建模和仿真"这一主题，发表于2013年的江汉大学学报(自然科学版)第41卷第6期，针对日益严峻的能源和环境问题，风力发电作为可再生能源的重要来源，其系统的复杂性与故障率问题引起了广泛关注。风力发电涉及机械传动、空气动力学、自动控制、力学等多个学科，这使得对其性能的仿真分析变得极具挑战。 文章首先指出，风力发电系统的复杂性源于多学科的综合特性，例如风能特性分析中，需要模拟气流与桨叶的流固耦合，这在理论计算上就十分复杂。另外，风电齿轮箱的动力特性分析涉及扭转振动、横向振动、纵向振动以及动态因素如时变啮合刚度、齿面间隙和摩擦，这些都增加了仿真计算的难度。这种复杂性导致了风电系统实际寿命短和故障率高的问题。 为了提升风电系统的性能和可靠性，国际上在发展大型化、变速恒频和变桨距的风力发电技术，这进一步对控制系统提出了更高要求。控制系统模型需要包括风轮空气动力学、发电机模型、增速齿轮箱模型以及结构动力学，尤其是非线性传动链的研究，强调了各部件之间耦合作用的重要性。 文章详细探讨了风力发电系统建模的各种方法，尽管国内外研究者已经提出了一些有效的建模仿真和优化策略，如采用Modelica等工具软件进行多领域统一建模，以实现不同领域的模型集成，但这些建模方法仍有局限性，不能完全解决所有复杂问题。因此，风电产品在研发过程中，如何处理设计和性能仿真中的多领域耦合问题，仍然是一个亟待解决的关键议题。通过深入研究和改进建模技术，有望降低风力发电系统的故障率，提高其整体性能和经济效益。