风电机组机械旋转系统一般由叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴和发电机转子组成。研究指出所有旋转轴系系统可以用若干质量块来描述其真实系统的物理参数，且质量块的数目和自由度越多，模型的精度也越高，对于图2.2中为含有齿轮箱的风电机组，本书采用三质量块模型。

图2.2　风机三质量块模型

图2.2所示的三质量块模型中有渐变阴影效果的模块为集中质量块，包括叶片、低速轴和高速轴。由于风机叶片的质量较大，需要单独等效为一个质量块。低速轴具有一定的柔性，可以等效为一个质量块。齿轮箱具有一定的刚性，需要在模型中体现，大多数模型将其单独作为一个质量块，但本书考虑到齿轮箱的两个啮合齿轮转速不同，故将其质量块分摊到高速轴和低速轴。另外，高速轴和发电机转子集合为一个质量块。图2.2的模型中，Tw_N和分别表示风力转矩和发电机电磁转矩，Ji和Di分别为质量块i的转动惯量和自阻尼系数，kij和Dij分别为质量块i和j之间的刚度系数和互阻尼系数，齿轮箱简化为理想变速特性，变比为ngear。低速侧向高速侧归算时，转动惯量和阻尼系数均除以；反之，高速侧向低速侧折算则需乘以。

低速轴和高速轴可以直接参考汽轮发电机组轴系的等效建模方法，由轴的结构尺寸和材料特性参数可以计算出等效质量块的转动惯量（J2、J3）和刚度系数（k2、k3）。不过对风机叶片的等效转动惯量（J1）和刚度系数（k1），目前还没有较为准确的实用计算方法；考虑到风机叶片的主模态固有频率fb可以通过试验测定，本书提出以下等效参数计算方法：

（1）用有限单元法计算等效转动惯量

式中，mi为沿径向划分的单元的质量；ri为单元至旋转中心的半径；N为划分单元的数目。(www.daowen.com)

（2）采用式（2.11）计算等效刚度系数：

一般来说，用有限单元法计算的等效转动惯量J1以及试验测定的主模态固有频率fb都是比较准确的，因此采用上述方法得到的等效模型参数是准确可靠的。

得到风电机组轴系的3个等效质量块的转动惯量和刚度系数之后，可以建立模型。两质量块之间的连接刚度可由式（2.12）计算：

以容量2 MW机端电压690 V的风电机组为例，轴系模型参数见表2.2，所有机械参数均已折算至转轴高速侧。

表2.2　机械轴系模型参数