3、对转风力发电机用单自由度双输入双输出行星增速器的稳态建模与仿真

对转风力发电机用单自由度双输入双输出行星增速器的稳态建模与仿真

1. 引言

在全球致力于减少碳排放的背景下，可再生能源系统受到了特别关注，其中风力发电作为最有前景的技术之一备受瞩目。为提高风能转换效率，人们提出了诸多解决方案，包括采用对转风力转子和对转发电机。对转风力转子既可以作为独立系统，也可应用于风力发电场；对转发电机则让定子可动并与转子反向旋转。此外，还出现了将对转风力转子和对转发电机集成于一个系统的方案。

在这些方案中，增速器的使用至关重要。增速器可分为定传动比和变传动比，以及单自由度（1 - DOF）和差动（2 - DOF）传动等类型。其作用是将风力转子与发电机高效连接，并将较低的输入速度提升至符合发电机要求的较高速度。然而，同时集成对转风力转子和对转发电机的风力发电机研究还不够充分。本文提出了一种新型单自由度双输入双输出超静定增速器的角速度、转矩和效率的通用分析模型。

2. 问题描述

考虑一个由两个对转风力转子（R1 和 R2）和一个对转发电机（G）组成的单自由度风力发电机。发电机的转子 GR 和定子 GS 均为可动部件，且反向旋转，通常定子 GS 的速度低于转子 GR。R1 通常被视为主转子，R2 为副转子。

风力转子与发电机之间通过一个单自由度增速器 SI 连接，该增速器有两个输入（R1 和 R2）和两个机械功率输出（GR 和 GS）。使用这种单自由度传动的优势在于：能叠加输入转矩以支持更高的发电机转矩；以分支且确定的方式将机械功率高效传输至转子 GR 和定子 GS；提高发电机的速度（即 GR 和 GS 之间的相对速度），从而对发电机的功率和效率产生积极影响。

SI 共有四个外部连接，其角速度和转矩具