机械系统状态空间法在风力发电机主轴系统上的应用

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机械系统状态空间法在风力发电机主轴系统上的应用机械系统状态空间法
在风力发电机主轴系统上的应用
接
勐， 崔新维， 谢建华， 马卫彬
( 新疆农业大学 机械交通学院，乌鲁木齐
830052)
摘
要:
应用结构动力学和现代控制理论， 把风力发电机组低速轴考虑为柔性轴， 把高速轴考虑为刚性轴， 建立
了风力发电机组主轴系统的状态空间模型，并对其仿真分析，确定了抑制主轴系统振动的途径。
关键词:
动态特性; 状态空间模型; 风力发电机组
中图分类号:
TH 133. 2





文献标识码:
A
The Application of State
Space Model for Mechanical
System to the Main
shaft System of Wind Turbine
JIE M eng， CU I Xin
wei， XIE Jian
hua， MA Wei
bin
( College o f Mechanical Eng ineer ing and Communicat ion， Xinj iang Ag ricultural U niversi ty， U ru

mqi， 830052)
Abstract:
T he state
space mo del o f the main shaft system in w ind turbine was built up for the simulat ion
analysis， based on the st ructure dynamics and mo dern co nt rol theory， w hile assuming low
speed shaf t to be
flex ible o ne and assuming high
speed shaf t to be rigid one. Finally， the method w as conf i rmed to rest rain
the v ibrat ion of the main shaft sy stem.
Key words :
dynamic character; state
space model; w ind turbine


随着风力发电机组单机容量逐渐加大， 其主轴
系统振动问题日益突出。据西班牙纳瓦拉水电能源
集团公司( EHN) 2001 2005 年对风力发电机主要
部件的故障统计，主轴系统的故障发生率由2001 年
的48%提高到2005 年的60%↑20 年中， 许多人
已经对大型风力发电机组主轴系统的动态特性进行
了深入研究，其目的是减少其动载荷， 抑制振动， 进
而提高主轴系统部件的工作可靠性。
对机械系统动态性能进行研究主要有两种基本
方法，即理论建模仿真法和实验法[ 1]
。在理论建模
仿真法中，建立数学模型是基础的工作。研究风力
发电机组主轴系统扭振特性， 曾运用古典控制理论，
建立主轴系统的传递函数模型， 对其进行计算与分
析[ 2]
。但是，古典控制理论中传递函数模型只能描
述系统的输入和输出，不能描述受控系统内部运动
状态的问题[ 3]
。而且，在以往的主轴系统建模中，没
有考虑低速轴的柔性，它不允许叶轮转子和发电机
转子有各自的旋转自由度， 这样的模型不能准确描
述主轴系统实际的运动状态。还有的研究[ 4]
把风力
发电机主轴系统的高速轴和低速轴都假设成柔性轴
来建立模型， 导致建模过程异常繁琐。因此，必须建
立新的动力学模型对风力发电机主轴系统扭振特性
进行研究。