双馈风力发电机多种故障状态温度场仿真研究

风电场建模和仿真研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风电场作为风电能源的主要载体，其运行效率、经济效益及安全性直接决定了风电产业的健康发展。

因此，对风电场进行精确建模与仿真研究，对于提升风电场的设计水平、优化运行策略、预测和评估风电场的性能具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在全面系统地探讨风电场的建模与仿真技术，通过对风电场各个组成部分的深入分析，构建一个真实反映风电场运行特性的仿真模型。

本文首先对风电场的基本原理和结构进行概述，介绍风电场的主要组成部分及其功能；接着，详细阐述风电场建模的关键技术，包括风力发电机组模型、风电场电气系统模型、风电场控制系统模型等；然后，介绍风电场仿真的基本流程和方法，包括数据收集、模型构建、仿真实验及结果分析等；结合具体案例，展示风电场建模与仿真技术在风电场设计、运行优化和性能评估中的应用。

通过本文的研究，希望能够为风电场的设计、运行和管理提供有益的参考和指导，推动风电产业的可持续发展。

二、风电场建模基础风电场建模是研究风电能转换、风电系统运行及风电场优化布局的重要手段。

建模的准确性直接关系到风电场运行的安全性和经济性。

风电场建模主要基于风电机组的运行特性、风电场的布局、地形地貌、气象条件以及电网接入方式等因素。

在风电场建模过程中，首先需要对风电机组进行单机建模。

这通常涉及风电机组的空气动力学特性、机械动力学特性、电气控制特性等方面的研究。

其中，空气动力学特性主要研究风轮对风能的捕获能力，机械动力学特性关注风电机组在风载荷作用下的动态响应，而电气控制特性则关注风电机组的能量转换和并网控制。

除了单机建模外，风电场建模还需要考虑风电场的整体布局。

风电场的布局直接影响到风能的分布、风电机组之间的相互干扰以及风电场的整体发电效率。

因此，在建模过程中，需要综合考虑地形地貌、风向风速分布、湍流强度等因素，以确保风电场布局的合理性。

基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究共3篇基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究1随着环保意识的增强和可再生能源的广泛应用，风力发电成为了备受关注的一种清洁能源。

在风力发电机的设计和研发过程中，对其流场特性的研究至关重要。

FLUENT作为一种基于CFD （计算流体力学）的软件，可以用来模拟风力发电机的流场，对其性能进行评估、优化与改进。

风力发电机是一种将风能转换为电能的设备，其主要结构由叶片、轮毂、塔架、发电机等组成。

在风能的作用下，叶片旋转，带动轮毂旋转，进而带动发电机发电。

因此，叶片的aerodynamic design 对风力发电的效率至关重要。

基于FLUENT的流场仿真可以模拟风力发电机的空气流动情况，包括空气流速、压力分布、湍流情况等。

通过分析仿真结果，可以优化叶片的 aerodynamic design，提高风力发电机的效率和输出能力。

风力发电机在不同的气候条件和地形条件下的效果不同。

通过FLUENT的流场仿真，可以对不同环境条件下的风力发电机进行模拟和测试。

同时，在风力发电机的设计过程中，FLUENT可以用来预测其性能参数，包括功率、转速、风速等。

通过不断调整和优化设计方案，可以取得更好的性能表现。

除了叶片设计和性能预测，FLUENT还可以用来研究风力发电机与周围环境的相互影响。

在实际应用中，风力发电机一般建设在开阔的地区，因此其周围环境可能会对其性能产生影响。

比如在高低起伏的地形中，风力发电机的性能可能因叶片在不同高度处风阻不同而受到影响。

通过FLUENT的流场仿真，可以对不同地形条件下的风力发电机进行模拟，了解其周围环境对其性能的影响，进而制定相应的优化措施。

总之，基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究可以为风力发电的设计和开发提供重要的支持和指导。

通过精确的流场模拟和优化，可以使风力发电机的性能得到最大化的提高，为可再生能源的推广和利用做出贡献基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究是提高风力发电机性能的有效途径。

基于Maxwell的双馈风力发电机的建模与仿真吕义;樊姗;段勇强;刘漫;袁海林;廖红华【摘要】为优化双馈风力发电机模型,提出了一种基于Maxwell双馈风力发电机建模与仿真的方案.以1.5MW的双馈风力发电机为例,首先利用Maxwell中RMxprt 模块对电机建立模型,并导入二维界面生成Maxwell 2D模型,然后利用Maxwell 2D进行瞬态有限元分析,通过提取数据分析比较空载和负载两种不同状态下转子磁链特性、三相感应电压的变化情况.仿真结果表明:双馈风力发电机负载和空载运行时转子磁链和三相感应电压成正比关系,且负载时感应电压波动较明显.仿真结果为进一步研究双馈风力发电机提供了理论支持.【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】6页(P96-100,120)【关键词】RMxprt;Maxwell;双馈风力发电机;瞬态有限元分析【作者】吕义;樊姗;段勇强;刘漫;袁海林;廖红华【作者单位】湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000;湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000;湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000;湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000;湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000;湖北民族大学信息工程学院,湖北恩施445000【正文语种】中文【中图分类】TM315双馈风力发电机具有有功和无功解耦控制、机械应力小、输出电能质量较高等优点，被广泛应用在风力发电机中[1].目前，针对双馈风力发电机的建模与分析往往采用能对其电机内电磁场有效分析的有限元分析软件，如Maxwell软件.Maxwell是一款Ansoft公司研发的具有运算结果精确的软件.它能实现对二维以及三维电磁场有限元分析以及对各状态下磁场的计算.如张俊等[2]运用Maxwell软件建立双馈风力发电的电磁场模型，对空载电机内部磁场分布情况和运行特性进行了分析.梅柏松等[3]运用Maxwell软件建立双馈风力发电机的仿真模型，通过静、瞬态仿真对比分析电机空载时磁场分布情况，并对反电动势进行了谐波分析.尽管国内运用Maxwell软件对双馈风力发电机有许多研究，但在分析比较双馈风力发电机空载和负载的文献相对较少.为此，本文利用Maxwell软件对额定功率为1.5 MW的双馈风力发电机进行建模与仿真分析，通过分析其空载磁力线和磁密的分布、三相开路电动势的变化，以及比较空载和负载下转子的磁链特性和三相感应电压，来分析双馈风力发电机的性能特点和运行状态.1 二维电磁场基本方程在电机磁场分析时求解区域都存在电流源，而电机的磁通量和磁力线分布情况都与磁位矢量有着密切的关系.矢量磁位方程[4]表达如下:式中:υ表示磁阻率，Ω/s；A表示矢量磁位，wb/m；Js表示电流密度矢量，A/m2；σ表示导电率，s/m；v表示运动速度，m/s.又因为:式中:μ为导磁率，F/m.电机的二维磁场沿轴向呈均匀分布，则电流密度矢量Js和矢量磁位A则只存在轴向分量，即:Js=Jsz，A=Asz.则有:由AZ的泊松方程，可得:B=∇A，B表示磁感应强度单位用Tesla来表示.磁感应强度分量为:2 双馈风力发电机数学方程对电机建立三相静止坐标系下的整体数学模型.通过Clark变换[5]成α、β两相静止坐标系方程，则发电机定子电压方程:转子电压方程:磁链方程:式中:Usα、Usβ、Urα、Urβ分别是定子和转子在α、β 轴上分量电压，ω1、ωs分别表示同步角速度和滑差角速度则=-.当以转子磁场控制时，则isα、isβ、ψrα、ψrβ、ωr作为状态变量，则数学方程组为:则有:式中:Rs、Rr分别为定子电阻和转子电阻；P 表示微分算子；ψrα、ψrβ分别表示转子α、β 轴相磁链；isα、isβ分别表示定子α、β轴相电流；Ls、Lr、Lm分别表示定子电感、转子电感、定转子间互感.Rs、Rr分别为定子电阻和转子电阻；Urα、Urβ分别表示变换成α、β轴两相坐标系后转子的输入电压；σ表示电机漏感系数.则转矩的数学表达式:其运动方程为:式中:Te表示电机的电磁转矩；TL表示电机的磁阻转矩；np表示电机负载转矩；p表示交流电机的极对数；ωr表示转子角速度.电机旋转运动方程满足:式中:J表示转子的转动惯量，ω表示角速度，λ表示电机阻尼系数，则Tew表示电磁力矩，Tload表示电机负载力矩.3 双馈风力发电机模型的建立首先根据设计参数和尺寸在RMxprt模块中搭建几何模型，其中双馈风力发电机的铁芯采用热轧硅钢片D23材料，转轴采用不锈钢材料，基座采用铸铁材料.定子采用双层绕组，定子和转子绕组都采用Y型接线方式.然后将几何模型转换至Maxwell 2D模块进行有限元仿真分析.其中双馈风力发电机相关参数和尺寸如表1所示.在RMxprt模块中生成的电机结构模型如图1所示，其中定子和转子的槽型设计尺寸如图2所示.图2 定转子槽型图Fig.2 Groove diagram of stator and rotor表1 双馈风力发电机数据参数Tab.1 Data parameters of doubly-fed wind generator参数项目数值参数项目数值额定功率/kW 1500 转子外径/mm 700额定电压/V 960 转子内径/mm 400频率/Hz 50 铁芯长度/mm 680额定转速/(r·min-1)1500 定/转子槽数 72/60能量转换效率 0.94 定/转子极对数 2/2定子外径/mm 950 铜线绕组 0.09定子内径/mm 720图1 双馈风力发电机结构图Fig.1 Structure diagram of doubly-fed wind generator图1 中双馈风力发电机在RMxprt的基本结构包括定子铁芯、定子槽、转子槽、转子铁芯和转轴.其中定子槽个数为72个，转子槽个数为60个，由于1.5MW双馈风力发电机属于大功率电机，为使电机稳定运行，定子槽的槽型选用开口型，转子槽则选用半开口槽.图2中①为定子槽，其中Hs0为8mm，Hs1为4mm，Hs2为70mm，Bs1为26mm，Bs2为20mm；②为转子槽，其中Hs0为4mm，Hs1为2mm，Hs2为70mm，Bs0为14mm，Bs1为26mm，Bs2为23mm.然后将RMxprt模块的几何结构模型导入Maxwell 2D模块生成的双馈风力发电机模型，双馈风力发电机几何局部模型如图3所示.图3为双馈风力发电机模型四分之一局部图，其中双馈风力发电机结构主要部位包括:定子铁芯、定子绕组、鼠笼导条、转子铁芯以及转轴.4 双馈风力发电机空载仿真分析4.1 双馈风力发电机空载有限元分析在Maxwell 2D模块上设置运行停止时刻为0.005 ms，电机空载转速为1485r/min.在场覆盖分别求解磁通密度和磁力线分布图[6].发电机空载磁通密度云网状线分布如图4所示，双馈风力发电机内部磁力线分布如图5所示.图4中双馈风力发电机内部的磁力线是一个闭环曲线，转子的槽与槽之间磁力线较密集，定子铁芯外围的磁力弧线呈平行弧线.图5中电机运行时定子铁芯和介于定子槽与转子槽的部位磁通密度较大，则该部位的磁场强.由此可知，在双馈风力发电机中磁力线越密集，磁通密度越大.图3 双馈风力发电机几何局部模型Fig.3 The geometry local model of doubly-fed wind generator图4 双馈风力发电机空载磁力线分布图Fig.4 Distribution diagram of no-load magnetic flux line for doubly-fedwind generator图5 双馈风力发电机空载磁通密度云网状线分布图Fig.5 Distribution diagramof no-load flux density cloud network for doubly-fed induction generator 4.2 双馈风力发电机的空载特性提取空载运行时转矩数据并绘制空载运行时双馈风力发电机的转矩特性图[7-8]，双馈风力发电机在空载运行时电机的转矩特性如图6所示.在图6中，当双馈风力发电机运行到5ms时转矩达到233.2kN·m，而在15ms时转矩大小达到了207.3 kN·m，由于双馈风力发电机在旋转过程中绕组磁链将增大，将产生电动磁阻转矩T1，而在绕组磁链减小时，将产生阻力磁阻转矩T2.在图6中，转矩波形的最大幅值随着发电机的运行在减弱，这是因为双馈风力发电机在旋转过程中其转矩与磁场强度以及电流都存在相互关系，随着双馈风力发电机运行过程中由于磁链能量衰减最大转矩也在减弱.当设定双馈风力发电机的转速为1500r/min即为同步转速，此时双馈风力发电机为同步运行状态[9-10].提取双馈风力发电机同步运行时A、B、C三相电势数据并绘制波形.双馈风力发电机同步运行时定子A、B、C三相电势开路波形如图7所示. 图6 空载运行时电机的转矩特性Fig.6 The torque characteristics of motor under no-load operation图7 同步运行时A、B、C三相电势开路波形图Fig.7 Three phase potential open circuit waveform of A，B and C in synchronous operation在图7中，定子三相电势波形对称且最大幅值达到563.3V，三相电势的相位依次相差120°，这是由于双馈风力发电机定子绕组是Y型连接，且双馈风力发电机同步运行时转子绕组的磁链对定子的磁链影响较小，故而定子三相电势呈稳定的对称分布，三相电势的相位相差120°.同样，提取转子磁链特性和三相感应电压数据并绘制波形，双馈风力发电机空载运行时，转子绕组的磁链特性如图8所示，三相感应电压如图9所示.图8 空载运行时双馈风力发电机转子绕组的磁链特性Fig.8 Flux linkage characteristics of doubly fed wind generator rotor windings during no-load operation图9 空载运行时双馈风力发电机转子的感应电压Fig.9 Induction voltage of doubly fed wind generator rotor during no-load operation在图8中，双馈风力发电机空载时转子绕组磁链的最大幅值达到192.2 wb；在图9中，空载时转子的感应电压最大幅值达到29.6kV.图8和图9中转子的三相磁链和三相感应电压按数标相互对应，由双馈风力发电机空载时转子绕组的磁链所对应的感应电压可知:空载时转子绕组的磁链和感应电压成正比关系.5 双馈风力电机的负载特性在空载模型设置基础上，增加机械负载扭矩10 kN·m，则双馈风力发电机运行过程为负载运行.提取负载运行时转子绕组的磁链特性以及感应电压数据并绘制波形图，双馈风力发电机在负载时转子绕组的磁链特性如图10所示，三相感应电压如图11所示.图10 负载运行时双馈风力发电机转子绕组的磁链特性Fig.10 Flux linkage characteristics of doubly fed wind generator rotor windings during load operation图11 负载运行时双馈风力发电机转子的感应电压 Fig.11 Induction voltage of doubly fed wind generator rotor during load operation在图10中，双馈风力发电机在负载时转子绕组的磁链最大幅值达到147.2 wb，相对于空载时转子绕组磁链的最大幅值192.2wb而言，是由于双馈风力发电机在负载时产生电枢反应磁场，反应磁场和气隙中原有的磁感耦合阻止了磁通量的变化.结合图8和图10可知空载时转子磁链增大区域在负载电枢反应后变小，而空载时减小的区域在负载时反而变大.在图11中，双馈风力发电机负载时转子感应电压的幅值达到22.5 kV，相对于空载时转子的感应电压最大幅值29.6kV而言，是由于负载时电驱反应对双馈风力发电机起减磁作用导致转子感应电压较空载时低.双馈风力发电机在负载运行时磁场变化更复杂所导致转子电动势峰值的波动较空载运行时大，双馈风力发电机在负载运行时转子的磁链和感应电压成正比关系.6 结论基于Maxwell对额定功率为1.5MW的双馈风力发电机建模并进行了仿真.通过在RMxprt设置参数生成基本结构并转换成Maxwell 2D模型.求解了空载时双馈风力发电机的磁通密度和磁力线分布图，对电机的空载、同步以及负载运行情况进行了仿真，绘制了电机同步运行时定子三相电势开路波形图，以及空载和负载运行时转子的磁链特性和三相感应电压波形图，并分别对比分析了转子磁链和三相感应电压在两种运行情况下的特性.参考文献：【相关文献】[1] 李金遥，杨梦娇，张昌兵，等.基于Maxwell2D的水轮发电机建模与仿真[J].东北水利水电，2017，6(18):43-46.[2] 张俊，尹曾峰，陈雷，等.基于有限元法的兆瓦级双馈风力发电机电磁分析[J].大电机技术，2013(1):22-24.[3] 梅柏松，刘海华，张金萍.兆瓦级双馈风力发电机磁场有限元分析[J].微电机，2010，10(43):26-29.[4] 刘华，王维俊，王彭伟，等.基于Ansoft的直驱DSPM发电机设计与仿真[J].微电机，2013，46(2):13-16.[5] 高仕红.双馈风力发电机组动态性能改善的控制策略[J].湖北民族学院学报(自然科学版)，2014，32(4):452-456.[6] 尹青华，刘明基，张健.永磁电机电磁场及应力场的时步有限元计算研究[J].电机与控制应用，2015，42(2):37-41.[7] LI R，WALLACE A，SPEE R，et al.Two-axismodel development of cage-rotor brushless doubly-fedmotors[J].IEEE Transaction on Energy Conversion，2001，6(3):453-460.[8] 杨凯辰，杨文焕，王峰，等.RMxprt在三相异步电动机中的2D电磁分析[J].电子科技，2015，28(10):158-161.[9] FAN Y，CHAU K T，CHENG M.A new three phase doubly salient permanent magnet machine for wind power generation[J].IEEE Transaction on Industry Applications，2006，42(1):53-59.[10] 魏云冰，刘天，史觉玮，等.基于ANSOFT双馈异步风力发电机定子匝间短路故障性能分析[J].电测与仪表，2014，51(13):60-65.。

风力发电机组故障诊断研究近年来，随着环保意识的提高，风力发电成为了重要的可再生能源之一。

然而，由于设备长期运行、环境复杂、风能变化等因素的影响，风力发电机组故障率较高。

因此，研究风力发电机组故障诊断技术，可以有效提高风力发电的可靠性和经济性。

一、风力发电机组故障现状分析1. 风力发电机组故障类型风力发电机组故障类型较多，常见故障包括叶片损坏、轴承故障、变速箱故障、发电机故障等。

其中，叶片损坏是最常见的故障类型，占故障总数的40%左右。

2. 风力发电机组故障原因风力发电机组故障原因复杂，主要分为机械故障、电气故障、控制系统故障和环境故障等。

机械故障包括轴承磨损、叶片损坏等；电气故障主要是电缆、变频器等电子元件的损坏；控制系统故障包括控制软件、通讯系统等的问题；环境故障则包括温度变化、风速变化等因素的影响。

3. 风力发电机组故障的经济影响风力发电机组故障对经济影响较大。

一方面，故障导致机组停机，影响了风力发电量的产出；另一方面，故障维修费用也较高，一些严重故障需要更换部件或者整体更换，费用甚至达到数百万元以上。

二、风力发电机组故障诊断技术概述风力发电机组故障诊断技术是解决风力发电机组故障问题的关键技术之一。

目前，常用的风力发电机组故障诊断技术包括振动诊断、声学诊断、红外线诊断、热像技术等。

1. 振动诊断振动诊断是利用振动传感器获取机械振动信号，通过信号处理和分析方法，判断机组是否存在故障。

振动诊断技术具有检测精度高、操作简单、成本较低等优点。

2. 声学诊断声学诊断是利用声学传感器获取机组传出的声波信号，通过分析信号的频域、时域特征，识别出机组故障。

声学诊断技术具有灵敏度高、无损检测的优点。

3. 红外线诊断红外线诊断主要是利用红外线热像仪检测机组变温情况，从而判断机组是否存在故障。

红外线诊断技术具有非接触、非破坏性等优点，可以检测到许多机械故障。

4. 热像技术热像技术是利用热像仪获取机组热图像，通过对热图像的分析，识别出机组故障。

工学学士学位论文双馈风力发电机电压跌落仿真专业名称电气工程及其自动化学生姓名 XX指导老师 XXXX大学20XX年6月摘要本文通过简述当今世界面临的能源危机及环境危机指出开发新能源的重要性。

从而指出，开发并利用好风能这种可再生的洁净能源，对全人类的进步与发展有着重大的意义。

同时，对国内外风力发电机的发展现状与趋势作出了说明。

在数学模型建立阶段，本文从a-b-c坐标系中的电机方程式的推导开始，以双馈风力发电机电磁暂态方程为基础，通过d-q坐标转换建立起较为简单的dq0系统下的双馈风力发电机的数学模型。

为仿真试验阶段中仿真模型的建立做好准备。

在仿真实验阶段，本文首先简要的介绍了MATLAB软件中simulink的功能及仿真原理,并且分类简单介绍了simulink中的一些常用模块。

接着根据已建立起的数学模型构建仿真模型。

在建立起仿真模型并选定参数之后，针对并网运行下电压跌落情形进行仿真并对得出的仿真图形进行讨论。

关键词：双馈风力发电机；并网；暂态模型；仿真AbstractThis paper through the world energy crisis and the environmental crisis in the face that the importance of developing the new energy. Thus, the development and use that good wind this renewable clean energy, Have a great significance to human progress and development. At the same time, explain the development of wind turbine generators for domestic situation and trends.In mathematical model establishment stage, the paper begins with the derivation for the motor equations in a-b-c coordinate; take the double-fed wind-driven generator electromagnetism transition condition equation as the foundation. Establish comparatively simple doubly-fed grid wind generators mathematical model under dq0 system by d - q coordinate transformation. Prepare for the simulation model establishment in the simulation experimental stage.In simulation experiment stage, this article first in brief introduction the function and simulation principle of MATLAB/simulink, and classified simply introduced in simulink some commonly used modules. Then establishes the simulation model which according to the mathematical model. After establishes the simulation model and designates the parameter, carries on the simulation and which discuss to the simulation graph in view of situations as stator side string reactance, short circuit and voltage forced landing.Key words: double-fed wind generator; Incorporation; transient model;simulation目录1、绪论 .................................................................................................................................. - 1 -1.1引言 (1)1.2新能源的开发 (1)1.2.1 能源危机引发的新能源开发 ............................................................................. - 1 -1.2.2 环境危机引发的新能源开发 ........................................................................... - 1 -1.3风力发电的现状与发展趋势 . (2)1.3.1 风力发电在国外的现状和发展趋势 ................................................................. - 2 -1.3.2 风力发电在我国的现状和发展趋势 ................................................................. - 3 -1.4研究电压跌落的意义 . (4)1.4.1 电压跌落的概念 ................................................................................................. - 4 -1.4.2 电压跌落的原因 ................................................................................................. - 5 -1.4.3 电压跌落的危害 ................................................................................................. - 5 -1.4.4 电压跌落的标准 ................................................................................................. - 6 -1.5风力发电系统常用的研究方法 . (10)1.6本文研究内容 (11)1.7本章小结 (11)2、双馈风力发电系统 ........................................................................................................ - 12 -2.1引言 (12)2.2双馈风力发电原理 (12)2.3双馈风力发电机的数学模型 (14)2.3.1 ABC坐标系下的双馈电机数学模型 ................................................................ - 14 -2.3.2 DQ坐标系下的双馈电机数学模型 .................................................................. - 17 -2.4坐标变换.. (18)2.5本章小结 (18)3、SIMULINK仿真建模 ....................................................................................................... - 19 -3.1引言 (19)3.2SIMULINK简介 (19)3.3SIMULINK的仿真原理 (19)3.3.1 SIMULINK仿真模块 .......................................................................................... - 19 -3.3.2 SIMULINK仿真过程 .......................................................................................... - 20 -3.4SIMULIN K中常用模块库及本次仿真实验所用到的仿真模块. (21)3.4.1 SIMULINK中常用模块库 .................................................................................. - 21 -3.4.2 本次仿真实验所用到的仿真模块 ................................................................... - 21 -3.5构建仿真模型 .. (24)3.6本章小结 (27)4、仿真结果分析 ................................................................................................................ - 28 -4.1引言 (28)4.2电压跌落仿真与分析 (28)4.3本章小结 (30)总结 ...................................................................................................................................... - 31 -致谢 ...................................................................................................................................... - 32 -参考文献 .............................................................................................................................. - 33 -1、绪论1.1引言风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。

双馈风力发电系统的建模及其控制策略仿真研究作者：李本荣赵旺马宁来源：《科技视界》2019年第18期【摘要】风力发电因其绿色环保特性，在国内已得到推广。

目前风力发电机组中双馈异步风力发电系统因其体积可控和成本较低，应用较为广泛。

本文完成了双馈异步风力发电双PWM变换器的建模，根据数学模型，设计网侧变换器的电网电压定向矢量控制策略和控制参数，设计了转子侧变换器的定子电压定向的矢量控制方法;通过在Simulink中搭建仿真模型，进行仿真，仿真结果证明了网侧和转子侧的控制策略能有效控制双馈风力发电系统，实现恒频发电。

【关键词】风力发电;矢量控制;Simulink仿真中图分类号： TH7;TP21 ;文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0046-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.18.0231 双馈风力发电原理概述风力发电因其绿色环保特性，在国内已得到推广。

目前风力发电机组中双馈异步风力发电系统（DFIG）因其体积可控和成本较低，应用较为广泛。

DFIG风力发电系统中，DFIG定子通过并网装置与电网相连，转子通过双PWM励磁变换器与电网相连，其结构图如图1所示[1-3]。

根据电机学原理，要实现有效的机电能量转换，发电机定子旋转磁场n1和转子的旋转磁场（转子旋转磁场相对于转子的转速n2与转子转速nr之和）必须相对静止，稳定运行时有定子电流频率f1=npn1/60，转子电流频率f2=npn2/60，则有npnr/60+f2=f1，当nr发生改变时，可通过改变转子励磁电流频率f2的大小，使定子输出电流频率f1保持恒定。

2 网侧变换器电网电压定向的矢量控制模型2.1 网侧变换器控制建模励磁变换器采用双PWM变换器[4]，其中网侧变换器由6个晶闸管构成，将两相同步旋转速dq坐标系中的d轴与电网电压的方向重合，可得网侧变换器在dq坐标系中的数学模型如式（1）所示[5]。

风力发电装置动力学建模与仿真随着对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为其中的一种重要形式，得到了广泛应用和研究。

风力发电装置的动力学建模与仿真是研究风力发电系统性能和优化设计的关键环节。

本文将从风力发电装置的动力学建模、仿真方法和相关应用等方面进行探讨。

1. 风力发电装置动力学建模风力发电装置动力学建模是研究风力发电系统特性和性能的基础。

动力学建模的目的是描述风力发电装置内部的运动学和动力学特性，以及与外界的相互作用。

1.1 功能分解与系统分析风力发电装置通常由多个组件组成，包括风轮、变速器、发电机等。

首先，我们需要对风力发电装置进行功能分解和系统分析，确定各个组件之间的关系和作用。

1.2 运动学建模运动学建模是描述风力发电装置内部各个部件的运动状态和位置的过程。

通过运动学建模，我们可以了解风轮的叶片角度、风轮和转子之间的转速等参数。

1.3 动力学建模动力学建模是描述风力发电装置内部各个部件之间相互作用的过程。

通过动力学建模，我们可以了解风轮受力情况、发电机的转矩和输出功率等参数。

2. 仿真方法仿真是通过计算机模拟风力发电装置在不同条件下的运行状态和性能的过程。

仿真方法可以提供定量的数据和结果，用于分析和评估风力发电系统的性能，优化设计和控制策略。

2.1 数学建模与控制方程基于动力学建模的结果，我们可以建立数学模型和控制方程描述风力发电装置的运动和响应规律。

这些方程可以包括风力的变化、风轮的旋转、转速的调整等。

2.2 数值方法与计算模拟仿真过程通常使用数值方法和计算模拟进行。

数值方法可以将模型离散化，通过迭代计算来解决微分方程和差分方程。

计算模拟则是通过模拟计算机程序的运行来模拟实际情况。

3. 相关应用与发展趋势风力发电装置动力学建模与仿真在风力发电行业中具有重要的应用价值和研究意义。

3.1 性能优化与设计改进通过动力学建模和仿真，我们可以评估风力发电装置的性能，发现存在的问题并进行相应的优化。

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究一、概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风力发电系统的核心技术之一便是双馈感应发电机（DFIG）的矢量控制技术。

这种技术对于提高风能利用率和系统稳定性具有重要意义，对双馈感应发电机矢量控制技术的研究具有重要的理论和实践价值。

双馈感应发电机是一种变速恒频风力发电技术中的关键设备，其工作原理是利用风能驱动发电机转子转动，从而产生交流电。

由于风速的波动和不确定性，给风力发电系统的稳定运行带来了一定的挑战。

为了解决这个问题，双馈感应发电机矢量控制技术应运而生。

这种技术通过精确控制发电机的电流和电压的相位和幅值，实现对发电机输出功率的精确控制，从而优化风力发电系统的运行效率。

目前，双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中得到了广泛应用。

仍然存在一些问题需要解决，如控制策略的优化、不同风速下的控制效果、以及控制过程中可能出现的振荡等问题。

对双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究，具有重要的现实意义和理论价值。

本文旨在对风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究。

通过对双馈感应发电机的数学模型、控制策略、以及仿真实验等方面的分析，探讨双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用及其优化。

本文的研究结果将为提高风力发电系统的效率和稳定性，推动风力发电产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。

本文还将关注双馈感应发电机在电网电压不对称条件下的运行问题。

电网电压的不对称性可能会对双馈感应发电机的运行产生不良影响，研究电网电压不对称条件下的双馈感应发电机矢量控制技术具有重要的实践意义。

通过对正序和负序定子磁链进行定向，推导出适应于电网电压不对称条件下的励磁矢量控制策略，实现对转子负序电流的有效控制，从而提高风力发电系统在电网电压不对称条件下的运行稳定性。

本文将全面分析双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用，探讨其优化方法，以及解决电网电压不对称条件下的运行问题。

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究
随着可再生能源的快速发展，风力发电作为一种清洁、可持续的发电方式受到了广泛关注。

双馈风力发电机作为目前最常用的风力发电机类型之一，具有较高的转速可调性和较低的转矩波动性，被广泛应用于风力发电场中。

然而，在风力发电机运行过程中，由于风速的不稳定性和电网故障的存在，双馈风力发电机容易出现电力系统频率偏差和电压波动等问题。

为了解决这些问题，研究人员提出了虚拟同步控制策略。

虚拟同步控制策略是一种基于电流和功率的控制方法，通过对双馈风力发电机的转子电流和功率进行监测和调节，使其与电网频率实现同步。

具体而言，虚拟同步控制策略主要包括以下几个方面。

首先，通过对转子电流的监测和分析，可以实时获取双馈风力发电机的运行状态。

根据电流的变化情况，可以判断电网的频率偏差，并及时调节转子电流，使其与电网频率同步。

其次，通过对转子功率的监测和分析，可以实时了解双馈风力发电机的负荷情况。

根据功率的变化情况，可以判断电网的负荷需求，并通过调节转子功率，使其满足电网的需求。

最后，通过虚拟同步控制策略，可以实现双馈风力发电机与电网的动态匹配。

当电网频率发生变化时，虚拟同步控制策略能
够实时调节转子电流和功率，使其与电网频率保持同步，从而提高风力发电机的稳定性和可靠性。

综上所述，虚拟同步控制策略是一种有效解决双馈风力发电机频率偏差和电压波动等问题的方法。

通过对转子电流和功率的监测和调节，可以实现双馈风力发电机与电网的动态匹配，提高风力发电机的运行效率和稳定性。

相信随着相关技术的不断发展和完善，虚拟同步控制策略将在风力发电领域发挥越来越重要的作用。

风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究摘要：近几年，我国工业的迅速发展，对环境造成的污染越来越大，新能源风电已被越来越多的行业所采用。

风电厂大多建在边远的地方，由于地理条件较差，很难采用有效的监控技术来解决风电机组的各种故障和信号不协调的问题。

所以，根据不同的风电机组的监测资料，对风电机组在运行过程中出现的各种故障进行全面的分析，对风电机组的监测和故障技术进行深入的研究，就显得尤为重要。

关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断1风力发电机组概述1.1风力发电机组它是指通过风机将风力和电力转化为电能，通过电磁感应的方式进行调压，将电能传输到电网和用户中心。

经过几年的发展，我国风电机组的建设日趋成熟，对常规恒速、频率的机组进行了改造，采用了新的技术和设备，不断地进行改造和完善。

变速恒频技术是一项动态调节风机叶轮速度、调节风速和变流技术的新型技术。

由于采用变频调速技术能保证风电的品质，因此目前国内风电并网系统中已得到了广泛的应用。

1.2发电机组故障特点风电场通常位于山区、边远山区，由于自然环境恶劣、风速变化大、外部载荷不稳定等原因，容易导致风机的内部元件发生故障。

常见的机组故障包括变速箱、发电机和变频器。

例如，风机的局部故障是由于轴承过热、运行振动过大、本身温度过高等原因造成的。

经过多年的研究，发现轴承磨损、定子绕组的绝缘和转子的动平衡都是造成这种情况的原因。

所以，应采取有效的方法，对各种故障和零件进行监控，并对其进行故障诊断。

1.3发电机组故障诊断相关理论在风电机组的运转中，双馈发电机由叶轮、齿轮箱、发电机、变流和控制系统组成。

采用多级齿轮叶轮机构能将发电机的机械能转化成电能，使发电机的定子绕组与电网、转子绕组及变流器有效地联结在一起，并通过变频器调整发电系统的频率、相位和振幅。

采用逆变器控制发电机，保证了亚同步和超同步的运行。

在超同步条件下，电力由转子和定子发电机提供，而变流器将直流侧的电能回馈给电网；在亚同步过程中，转子会吸收电能，维持发电机的发电，再通过定子向电网供电。

双馈风力发电机轴承几种常见失效模式及解决预防摘要：收集总结近几年双馈风力发电机轴承失效案例，发现轴承失效有多种特征，结合失效部位表层微观分析，从而倒推引发轴承失效的原因，制定相应的解决及预防措施。

关键词：轴承失效电蚀运维0 引言目前在运行的国内双馈风力发电机轴承失效频发，个别风场发电机因轴承失效更换新轴承已超50%。

对轴承运行状态的监测在不断升级，运维成本不断增加，随着大功率机型的不断推出，运维难度逐渐升级。

1 失效预警在运行的发电机轴承在线监测系统显示轴承振动有效值呈增长趋势，时域波形存在明显冲击（图1），频谱图和包络谱中均存在轴承失效频率及其谱频。

图12 失效排查2.1中控查看轴承室近三月运行温升情况，个别会有温升上升趋势；2.2登塔人工检查发电机，基本表现为集油盒废油脂发黑；2.3启机检查发电机运行，监听轴承室部位，一般表现为较明显的振感，伴随着不同程度的异音，少量存在振感不强烈但异音明显的情况；2.4使用手持式振动测试仪，在靠近轴承室部位分别测量水平、垂直、轴向三个方向的振动速度和加速度值，一般测量值较出厂试验值有不同程度的增大。

经过以上检查，确认发电机轴承失效。

3 失效轴承解体塔上解体发电机，可见轴承室油脂有不同程度发黑。

失效轴承进行解体，观察轴承有以下几种特征：3.1外圈（图2）（1）载荷区呈”搓衣板”纹路；（2）载荷区呈”搓衣板”纹路，并伴随局部材料剥落；（3）载荷区表面磨损，局部有黑点，呈坑洼状。

图23.2内圈（图3）（1）载荷区呈”搓衣板”纹路；（2）载荷区表面磨损，磨损位置不居中，偏向一侧；（3）载荷区表面磨损，局部材料剥落，呈坑洼状。

图33.3保持架颜色发暗，形状完好，个别保持架断裂。

（图4）图43.4滚珠表面发乌，有磨损痕迹，局部伴有材料剥落。

（图5）图54 失效轴承检验失效轴承送专业机构进行微观分析：4.1送检样件球体及内外圈心部硬度合格，心部微观组织为细针状马氏体和碳化物，表明产品原始热处理质量良好。

双馈风力发电系统控制技术研究发表时间：2019-09-09T14:02:45.250Z 来源：《科技新时代》2019年7期作者：胡洋[导读] 旨在探讨双馈风力发电系统控制技术，以有效推动风力发电产业发展。

大唐新能源通辽公司 028000摘要：近年来，伴随社会各界对可再生能源重视程度的不断加深，并以此为契机，大力发展以风力发电为代表的新能源发电技术，风电场规模不断扩大，国家对风电机组的并网运行也提出了更高的要求。

双馈型风力发电系统以其独有的的优越性成为了新时期发电领域研究的热点，虽然在技术上双馈型风力发电系统是具有较大优势的，但在实际应用过程中依然存在故障问题，易造成双馈型风电机组短路。

基于此，本文将首先分析双馈型风力发电系统的特点，再对双馈型风电机组短路电流的特性进行分析，旨在探讨双馈风力发电系统控制技术，以有效推动风力发电产业发展。

关键词：双馈发电机；风力发电；控制技术在能源资源短缺以及环境污染严峻的双重压力下，使人类认识到开发可再生新能源是实现可持续发展的必由之路。

目前，人们认识到的除水电以外的可再生新能源中，风力发电技术是当前新能源发电中最具潜力、技术最成熟和最具备开发规模的发电方式之一，风力发电技术越来越得到社会各界的广泛重视。

双馈型风力发电机作为风力发电系统的翘楚，具有灵活的的有功和无功功率调节能力，此文章主要针对双馈型风力发电系统控制技术进行深入研究。

1.双馈型风力发电系统的特点常规的同步发电机一般采用直流励磁方式，二异步发电机无励磁绕组，其激磁一般是通过定子取自电网，普通异步风电机组的转子绕组主要通过外接电阻闭合或直接短接，一般为三相对称绕组。

与同步发电机相比，没有单独的励磁绕组，当机端三相短路后机端电压降低至接近于零，电机由于无外加励磁，定子电流将逐渐衰弱，稳态路电流最终将衰竭至零。

伴随信息技术的不断发展，人们在不断找新途径解决电力系统稳定的方法的时候，提出了采用交流励磁发电代替常规同步发电机的设想，并且很快将该设想付诸实践，也就是后来的双馈型风力发电机。