風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械液壓混合傳動(dòng)技術(shù)

陳亮

摘 要：風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械液壓混合傳動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代使用范圍較廣的專業(yè)電機(jī)操作和傳輸技術(shù)之一，本文在介紹一、機(jī)械液壓混合傳動(dòng)原理及機(jī)組的變速恒頻控制的前提下，論述了混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組建模以及混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組建模的仿真結(jié)果分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)；機(jī)械液壓；混合傳動(dòng)技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.036

風(fēng)能是當(dāng)前可再生能源中的越來越受到重視的能源種類，人們對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用技術(shù)在不斷更新。但是由于風(fēng)能利用的成本高、外部環(huán)境復(fù)雜、技術(shù)難度大，尤其是風(fēng)電裝備中的齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的維修在各項(xiàng)維護(hù)成本中的耗資居于首位。目前的齒輪傳動(dòng)的風(fēng)力機(jī)也存在諸多問題。而采用機(jī)械液壓混合傳動(dòng)的風(fēng)電機(jī)組，在兼具機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，使得風(fēng)電機(jī)組的性能有很大提升。

1 機(jī)械液壓混合傳動(dòng)原理及機(jī)組的變速恒頻控制

機(jī)械液壓混合傳動(dòng)下的并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組，通過葉輪獲得風(fēng)能、機(jī)械能，能量繼而發(fā)生分流，一部分能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)液壓泵的液壓能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分能量通過機(jī)械路傳遞。最后兩股能量合流傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)。

混合傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械液壓混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部分，我們首先對(duì)其進(jìn)行原理分析。

2 混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組建模

所謂混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組建模是指專門針對(duì)1.5MW實(shí)施的風(fēng)力發(fā)電仿真模型，根據(jù)不同的建模方式和渠道，主要包括以下幾種類型。

2.1 風(fēng)速模型

風(fēng)速一般意義上包括四個(gè)主要影響因素，分別是：平均值、斜坡值，這是表示風(fēng)速穩(wěn)定增加具體量值指數(shù)、陣風(fēng)分量和湍流分量。其中，風(fēng)機(jī)額定功率和潮流計(jì)算的輸出率兩者結(jié)合可以計(jì)算出平均風(fēng)速，主要用三個(gè)幅值a、起始時(shí)間t和終止時(shí)間T三個(gè)主要參數(shù)計(jì)算得出。

2.2 葉輪模型

葉輪模型中，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率與風(fēng)速有直接關(guān)系，但是，當(dāng)保持葉輪節(jié)距角不變的情況下，只要保證風(fēng)輪在一個(gè)恰當(dāng)?shù)幕顒?dòng)范圍內(nèi)，就可以維持風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行。想要調(diào)節(jié)風(fēng)速的變化，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)，使得風(fēng)輪葉尖與風(fēng)速之間保持不變的，就可以得到預(yù)期的效果。

2.3 并網(wǎng)發(fā)電機(jī)模型

隨著電力技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于水利發(fā)電和火力發(fā)電中。此外，在柴油發(fā)電、核能發(fā)電等發(fā)電機(jī)制中也經(jīng)常能見到發(fā)電機(jī)的身影。將同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)合并運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以及電機(jī)操作系統(tǒng)就可以有效的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)功率因素和無功功率的目的。

與雙饋式風(fēng)力電機(jī)和永磁力風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，合并風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有不需要使用大容量變流器的顯著優(yōu)勢(shì)。一般而言，變流器所需要的成本極高，且操作程序復(fù)雜，在運(yùn)行過程中還可能產(chǎn)生大量的高頻電流，既有可能導(dǎo)致部分電流損失嚴(yán)重，又有可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3 混合傳動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組建模的仿真結(jié)果分析

3.1 變速恒頻控制結(jié)構(gòu)分析

在風(fēng)速達(dá)到4m/s時(shí)，就達(dá)到了風(fēng)速并網(wǎng)的基本條件，同步發(fā)電機(jī)主要組成部分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速如果能夠穩(wěn)定在與同步轉(zhuǎn)速相近的范圍內(nèi)，此時(shí)就可以將勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)電壓合閘并網(wǎng)。

實(shí)現(xiàn)合閘并網(wǎng)后，電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)結(jié)果曲線也會(huì)發(fā)生明顯變化，其中，葉輪轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)追蹤，保證風(fēng)速能夠幫助風(fēng)力機(jī)運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，達(dá)到風(fēng)速最大值。

3.2 機(jī)械液壓混合傳動(dòng)功率分配及效率分析

機(jī)械液壓混合傳動(dòng)功率主要依靠發(fā)電機(jī)來輸送，一般情況下，液壓的功率在總功率中所占的比重都比較少，大約在5%—28%之間，通常情況下是液壓路傳遞為輔，機(jī)械路傳遞為主，有效的提高了整個(gè)傳遞系統(tǒng)的實(shí)際效率，基本能夠達(dá)到88%—93%之間，使得風(fēng)力機(jī)的效率明顯增加。在機(jī)械液壓混合傳動(dòng)中，還有少量的能量是以液壓的形式來傳遞的，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)系統(tǒng)功率達(dá)到93%以上時(shí)，液壓功率占總功率的比重非常小，一般只有8%左右。

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