大型风电机组偏航电机选型方法及驱动扭矩的确定方法技术

本发明专利技术涉及大型风电机组偏航电机选型方法及驱动扭矩的确定方法，该驱动扭矩确定方法为：建立风电机组仿真模型，求解出极端工况下偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力、偏航轴承转速及加速度；根据上述参数，计算偏航轴承滚道摩擦力矩；建立机组偏航过程中的力学模型，求解出偏航过程中的偏航电机驱动扭矩。该选型方法为：根据各时间点的偏航电机驱动扭矩，计算疲劳工况偏航电机驱动扭矩的有效值及最大有效值，确定预选偏航电机的额定值，根据额定值及驱动扭矩峰值Mp选定偏航电机。本发明专利技术原理简单，易操作，精度高，机组安全可靠性高，有效降低偏航制动器夹持载荷，减少偏航刹车片的磨损情况，延长偏航维护周期，降低机组的维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到风电装备领域，具体涉及一种大型风电机组偏航电机选型方法及驱动扭矩的确定方法。
技术介绍
风能作为一种技术成熟的新能源之一，已成为能源工业关注的焦点，随着近年装机量的迅速提高，风电运营商对机组的经济效益和可靠运行提出更高的要求。偏航系统作为风电机组的关键部件，其能否使风轮始终处于迎风位置，直接决定着机组的发电效益，同时偏航制动器可以提供机组安全运行和暂停状态所需的预紧力矩，保证了机组的安全性。偏航电机驱动扭矩直接决定了偏航系统工作的可靠性，选择合适的计算方法不仅可以有效降低偏航制动器夹持载荷，减少偏航刹车片的磨损情况，延长偏航维护周期，降低机组的维护成本，还可以降低偏航电机容量，降低机组成本。
技术实现思路
本专利技术提供了大型风电机组偏航电机选型方法及驱动扭矩的确定方法，以有效降低偏航制动器夹持载荷，减少偏航刹车片的磨损情况，延长偏航维护周期，降低机组的维护成本。为实现上述目的，本专利技术的大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法包括如下步骤：1)建立风电机组仿真模型，求解出极端工况下偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力、偏航轴承转速及加速度；2)根据偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力及轴承轨道预紧力，计算偏航轴承滚道摩擦力矩；3)建立机组偏航过程中的力学模型，根据该力学模型求解出偏航过程中偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷；该力学模型包括判断条件为：偏航轴承转速大于零或偏航轴承加速度大于零，且包括模型参数：偏航轴承所受外载、偏航制动器预紧力矩及偏航轴承摩擦力矩。步骤3)中的偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷的计算方法包括如下步骤：A)设定偏航电机驱动扭矩峰值Mp；B)计算一时间点偏航电机驱动扭矩：如果Mact≤Mp，则该时间点的驱动扭矩为Mact；否则，该时间点偏航电机驱动扭矩为同时比较Mp与M′act的大小，如果Mp<M′act，令Mp＝M′act，作为下一时间点的偏航电机驱动扭矩峰值，若Mp≥M′act，Mp不变；其中，Mz为偏航轴承外载，Mf为偏航轴承滚道摩擦力矩，Mc_yaw为偏航制动器预紧力矩，i为偏航系统传动比，η为传动效率，N为偏航电机数量；C)重复步骤B)，最终获得偏航过程中各个时间点的偏航电机驱动扭矩。所述步骤2)中的偏航轴承滚道摩擦力矩Mf的计算公式为：其中，Mxy为倾覆力矩，DL为轴承滚道直径，Fz为轴向力，Fxy为径向力，Mpre为轴承滚道预紧力，μ为摩擦系数。所述步骤1)中利用风电机组样机部件相关参数，导入外部控制器，建立与风电机组样机功能相当的虚拟模型样机。所述步骤1)中疲劳和极限工况的设置条件严格遵守风电机组认证指南GL规定，设定机组外部条件和运行状态，模拟风电机组实际承载情况。本专利技术的大型风电机组偏航电机选型方法为：首先根据上述大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法求解出偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷；根据疲劳工况各时间点的偏航电机的驱动扭矩Mact，计算偏航电机驱动扭矩的有效值Mact_RMS，统计出偏航电机驱动扭矩的最大有效值作为预选偏航电机的额定值，根据预选偏航电机的额定值和偏航电机驱动扭矩峰值选定所需偏航电机。所述偏航电机驱动扭矩的有效值为RMS代表求取均方根值，Mz为偏航轴承外载，Mf为偏航轴承滚道摩擦力矩，Mc_yaw为偏航制动器预紧力矩，i为偏航系统传动比，η为传动效率，N为偏航电机数量。步骤3)中的偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷的计算方法包括如下步骤：A)设定偏航电机驱动扭矩峰值Mp；B)计算一时间点偏航电机驱动扭矩：如果Mact≤Mp，则该时间点的驱动扭矩为Mact；否则，该时间点偏航电机驱动扭矩为同时比较Mp与M′act的大小，如果Mp<M′act，令Mp＝M′act，作为下一时间点的偏航电机驱动扭矩峰值，若Mp≥M′act，Mp不变；其中，Mz为偏航轴承外载，Mf为偏航轴承滚道摩擦力矩，Mc_yaw为偏航制动器预紧力矩，i为偏航系统传动比，η为传动效率，N为偏航电机数量；C)重复步骤B)，最终获得偏航过程中各个时间点的偏航电机驱动扭矩。本专利技术的有益效果是：本专利技术的驱动扭矩确定方法通过建立仿真模型，计算搭建偏航过程中的偏航力学模型的模型参数，利用力平衡原理，求解偏航电机驱动扭矩的有效值，确定了偏航电机的预选方案，引入被动偏航，在保证偏航功能顺利实现的基础上，有效降低了偏航电机的驱动转矩，从而降低电机容量，减少了偏航系统的成本。附图说明图1是偏航系统模型示意图；图2是偏航电机驱动扭矩求解过程及偏航电机选型示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步详细介绍。本专利技术的大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法实施例该方法包括如下步骤：1)建立风电机组仿真模型，求解出极端工况下偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力、偏航轴承转速及加速度；2)根据偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力及轴承轨道预紧力，计算偏航轴承滚道摩擦力矩；3)建立机组偏航过程中的力学模型，根据该力学模型求解出偏航过程中偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷；该力学模型包括判断条件：偏航轴承转速大于零或偏航轴承加速度大于零，且包括模型参数：偏航轴承所受外载、偏航制动器预紧力矩及偏航轴承摩擦力矩。下面对上述实施例的各个步骤作详细阐述：对于步骤1)中利用风电机组样机部件相关参数，导入外部控制器，建立与风电机组样机功能相当的虚拟模型样机。按照疲劳工况和极限工况的设置要求对风电机组仿真模型进行仿真计算，疲劳和极限工况的设置条件严格遵守风电机组认证指南GL规定，设定机组外部条件和运行状态，尽可能模拟风电机组实际承载情况，导出偏航轴承所受外载Mz、倾覆力矩Mxy、轴向力Fz及径向力Fxy的时间序列载荷及各时间点对应的偏航轴承转速ωy和偏航轴承加速度ay时间序列；在仿真过程中尽可能包含机组寿命周期所遇到的各种极端工况，这样通过仿真获得的偏航轴承所受外载的时间序列与偏航轴承实际所受外载尽可能相近。对于步骤2)，求解偏航轴承滚道摩擦力矩：依据Rolix及其他轴承厂家对轴承滚道摩擦力的规定，轴承滚道摩擦力矩与轴承滚道直径DL，摩擦系数μ，倾覆力矩Mxy，轴向力Fz，径向力Fxy及轴承滚道预紧力Mpre相关，通过下式计算出偏航轴承滚道摩擦力矩为：对于步骤3)建立机组偏航过程中的力学模型，所述偏航过程的力学模型为包括判断条件：偏航轴承转速ωy和偏航轴承加速度ay均大于0，即|ωy|>0或|ay|>0；也包含模型参数：偏航轴承外载Mz、偏航制动器预紧力矩Mc_yaw、偏航轴承摩擦力矩Mf及偏航电机制动扭矩Mb、偏航系统传动比i、传动效率η和偏航电机数量N的力学模型。通过对步骤1)中所求解的时间序列载荷进行计算，以求解出偏航过程中偏航电机的驱动扭矩Mact，以下给出满足条件|ωy|>0或|ay|>0的偏航电机驱动扭矩Mact的具体求解过程：1)首先设定偏航电机驱动峰值Mp；2)然后按照公式求解某时间点的驱动扭矩，如果Mact≤Mp，则该时间点偏航系统属于主动偏航，驱动扭矩为Mact，否则该时间点偏航系统属于被动偏航，偏航电机在风载的作用下拖动，偏航电机驱动扭矩采用公式求取，即该时间点的偏航电机驱动扭矩为M′act，接着判定Mp与M′act的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)建立风电机组仿真模型，求解出极端工况下偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力、偏航轴承转速及加速度；2)根据偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力及轴承轨道预紧力，计算偏航轴承滚道摩擦力矩；3)建立机组偏航过程中的力学模型，根据该力学模型求解出偏航过程中偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷；该力学模型包括判断条件为：偏航轴承转速大于零或偏航轴承加速度大于零，且包括模型参数：偏航轴承所受外载、偏航制动器预紧力矩及偏航轴承摩擦力矩。

【技术特征摘要】
1.大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)建立风电机组仿真模型，求解出极端工况下偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力、偏航轴承转速及加速度；2)根据偏航轴承所受外载、倾覆力矩、轴向力、径向力及轴承轨道预紧力，计算偏航轴承滚道摩擦力矩；3)建立机组偏航过程中的力学模型，根据该力学模型求解出偏航过程中偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷；该力学模型包括判断条件为：偏航轴承转速大于零或偏航轴承加速度大于零，且包括模型参数：偏航轴承所受外载、偏航制动器预紧力矩及偏航轴承摩擦力矩。2.根据权利要求1所述大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法，其特征在于，步骤3)中的偏航电机的驱动扭矩时间序列载荷的计算方法包括如下步骤：A)设定偏航电机驱动扭矩峰值Mp；B)计算一时间点偏航电机驱动扭矩：如果Mact≤Mp，则该时间点的驱动扭矩为Mact；否则，该时间点偏航电机驱动扭矩为同时比较Mp与M′act的大小，如果Mp<M′act，令Mp＝M′act，作为下一时间点的偏航电机驱动扭矩峰值，若Mp≥M′act，Mp不变；其中，Mz为偏航轴承外载，Mf为偏航轴承滚道摩擦力矩，Mc_yaw为偏航制动器预紧力矩，i为偏航系统传动比，η为传动效率，N为偏航电机数量；C)重复步骤B)，最终获得偏航过程中各个时间点的偏航电机驱动扭矩。3.根据权利要求1所述大型风电机组偏航电机驱动扭矩的确定方法，其特征在于，所述步骤2)中的偏航轴承滚道摩擦力矩Mf的计算公式为：Mf=μ2(4.4Mxy+DL·|Fz|+3.806Fxy·DL)+Mpre]]>其中，Mxy为倾覆力矩，DL为轴承滚道直径，Fz为轴向力，Fxy为径向力，Mpre为轴承滚道预紧力，μ为摩擦系数。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓辉，程林志，曹胜平，李成晨，吴敏，耿丽红，苏中莹，贾晓，吴国娟，王湛，白兰，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41