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风力发电系统将风轮捕获的风能转变为机械能,经传动系统的传递,最终转变为电能,是一种特殊的多能域耦合的复杂系统,其涉及风力、机械、电力、液压及控制等多学科领域的知识。目前,对风电系统的研究大多从局部出发,按系统中各子部件所属学科领域建立各自的数学模型,但各物理系统的异质性容易导致数学模型的异构性,且建模过程比较复杂,极易出错,不便于全面分析风电系统的动态特性。因此建立合理而正确的风力发电系统动力学模型,对风电系统内在动态特性的研究和系统的设计都具有十分重要的意义。 键合图方法是一种从动力学观点出发的、多能域并存的系统动力学建模统一化方法,能够有效解决涉及多能域耦合的复杂系统的动态分析与建模问题。本文将键合图方法应用于风力发电系统的分析中,提出了一种基于键合图的风力发电系统建模方法,利用该方法对系统进行了如下内容的研究: 首先介绍了键合图方法的基本理论;接着,在深入分析风电传动系统的结构组成的基础上,对传动系统键合图模型的建立进行了详细研究,利用20-sim软件分析了齿轮箱的振动响应,并利用键合图模态分析法对传动系统进行了模态分析;然后,根据异步发电机的等效电路,对笼型异步发电机的键合图模型进行了重点探讨,建立了任意旋转坐标系下的笼型异步电机的键合图模型,并利用20-sim仿真平台对其运行特性进行了仿真分析;最后,对风轮、变桨机构和塔架等子系统进行了键合图描述,结合传动系统和发电机系统的键合图模型,探讨了整个风力发电系统的键合图模型的建立。 本文不仅为键合图方法在电力电子系统中的建模研究拓宽了视野,也为键合图在风电系统中的建模提供了依据,并为进一步完善风电系统的键合图模型打下了坚实的基础。