随着能源问题变得越来越严重,风能作为一种清洁、可再生能源,在世界范围内受到瞩目,风力发电机的客观条件使其容易遭受雷击事故。过电压和大电流会威胁设备和电源的正常运行。雷击是威胁风机安全运行的一个重要因素。当雷击风电机组时,大的浪涌电流流过机身,引起风电机组的暂态电位升高。然而,目前对垂直轴风力发电机组防雷研究还很少。本文以垂直轴风机中具有代表性的达里厄Φ型风机为研究对象,对垂直轴风机的建模及防雷进行了深入的研究。首先,建立了包括桨叶、缆绳、撑杆、主轴、塔架、接地装置、发电机和变流器的完整电路模型。考虑到雷电流的波动特性,在对叶片、塔架、接地装置建模时进行了分段处理。在叶片电气参数的计算中,与传统风机建模仅考虑工频或直流电阻的做法相比,本文考虑到达里厄Φ型风机是双凸叶型,根据叶片曲线角度进行两次分段,电容参数的算法采用平均电位法。塔架的建模充分考虑其几何形状,将其分解为一系列横向和纵向的多导体系统,计算中考虑了塔架导体之间的耦合作用。接地装置的计算中将土壤的电离等效为接地导体半径的增大,根据各支路电流的大小动态地修正参数,提高了计算精度。其次,利用ATP-EMTP软件对桨叶、轴承、塔体、机组变压器的雷电暂态特性进行分析,建模条件包括不同的雷电流波形、缆绳数量、接地电阻率、雷击点、桨叶形状。计算结果表明垂直轴风力发电机的电压抬升与电位幅值变化呈正相关关系,保证雷电流幅值不变时,雷电流波前时间越短,波形震荡越严重;垂直轴风机的缆绳具有一定的分流效应,适当增加缆绳数量可以加速雷电流的泄放;良好的接地系统有利于降低风机上的过电压;雷击点位置对风机过电压影响显著,垂直轴风机叶片防雷应重点关注叶片凸起位置。最后,提出了垂直轴风力发电机的一些防雷措施,本文提出一种在叶片上安装铁氧体磁环装置的方法,可以阻止雷电高频波的传播,有效抑制叶片上过电压的幅值和陡度;讨论了加入避雷器前后对风机雷电暂态过电压的影响,通过对避雷器保护距离的仿真研究,得到避雷器保护距离与雷电流幅值、接地电阻配合曲线。分析了公共接地、独立接地方式对风电机组变压器及塔基上的电位影响。提出了几种减小接地电阻的方法,包括适当增加缆绳数量、良好接地、接地点的选择。