武 鑫，苏 睿，芮晓明，陆从飞

（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206）

常见风力发电机组（简称风电机组）采用永磁发电机、双馈发电机，利用变频器等电力电子设备调速.随着单级容量的增加，风电机组存在的问题日渐凸显，包括谐波含量高、无功功耗大、变频器可靠性低等［1］.在此背景下，一些学者提出利用差动轮系等机械装置调速的风电系统，其末端采用同步发电机.

1994年，Mangialardi等［2］首次提出了利用差动齿轮箱对风电传动系统进行无级调速的方案.2000年，Idan等［3］进一步分析了差动调速风电系统的调速原理.2003年，Zhao［4］对该类风电系统的功率流向进行了研究.2008年，穆安乐等［5］分析了在全风速情况下各构件的角速度匹配关系.2009年，Claudio等［6］提出了利用带传动对风电机组进行调速的方案.2012年，王雪飞［7］使用bladed软件对差动调速风电系统进行了建模仿真并研究了调速电机的控制策略.

相关文献大多从运动学原理和控制策略的角度对采用差动调速的风电机组进行研究，但并没有对该类风电机组传动系统的动态特性进行深入探讨.鉴于此，笔者建立了差动调速风电机组传动系统的“弹簧-阻尼-质量”动力学模型，驱动2 500kW 的同步发电机并网运行，在Simulink环境下进行仿真，研究机组在阶跃风载荷驱动下的动态特性.

1 动力学模型

差动调速的风电机组主要由风轮、差动轮系、调速电机和同步发电机组成，系统框图如图1所示.差动轮系由太阳轮、轮架以及齿圈3个基本构件组成……