風(fēng)電機組的機械液壓混合傳動技術(shù)

陳亮

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

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機；機械液壓；混合傳動技術(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系統(tǒng)的維修在各項維護成本中的耗資居于首位。目前的齒輪傳動的風(fēng)力機也存在諸多問題。而采用機械液壓混合傳動的風(fēng)電機組，在兼具機械傳動和液壓傳動的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，使得風(fēng)電機組的性能有很大提升。

1 機械液壓混合傳動原理及機組的變速恒頻控制

機械液壓混合傳動下的并網(wǎng)風(fēng)電機組，通過葉輪獲得風(fēng)能、機械能，能量繼而發(fā)生分流，一部分能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動液壓泵的液壓能進一步轉(zhuǎn)化為機械能，另一部分能量通過機械路傳遞。最后兩股能量合流傳遞給發(fā)動機。

混合傳動系統(tǒng)是機械液壓混合傳動式風(fēng)電機組的關(guān)鍵部分，我們首先對其進行原理分析。

2 混合傳動式風(fēng)電機組建模

所謂混合傳動式風(fēng)電機組建模是指專門針對1.5MW實施的風(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)機額定功率和潮流計算的輸出率兩者結(jié)合可以計算出平均風(fēng)速，主要用三個幅值a、起始時間t和終止時間T三個主要參數(shù)計算得出。

2.2 葉輪模型

葉輪模型中，風(fēng)機運行效率與風(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)輪在一個恰當(dāng)?shù)幕顒臃秶鷥?nèi)，就可以維持風(fēng)力機的正常運行。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)電機模型

隨著電力技術(shù)的進步和發(fā)展，發(fā)電機被廣泛應(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)電機制中也經(jīng)常能見到發(fā)電機的身影。將同步發(fā)電機并入電網(wǎng)合并運行，通過調(diào)節(jié)勵磁電流以及電機操作系統(tǒng)就可以有效的實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機功率因素和無功功率的目的。

與雙饋式風(fēng)力電機和永磁力風(fēng)力發(fā)電機相比，合并風(fēng)力發(fā)電機具有不需要使用大容量變流器的顯著優(yōu)勢。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)致部分電流損失嚴重，又有可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3 混合傳動式風(fēng)電機組建模的仿真結(jié)果分析

3.1 變速恒頻控制結(jié)構(gòu)分析

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

實現(xiàn)合閘并網(wǎng)后，電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)結(jié)果曲線也會發(fā)生明顯變化，其中，葉輪轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)對目標轉(zhuǎn)速的實時追蹤，保證風(fēng)速能夠幫助風(fēng)力機運行達到最佳狀態(tài)，達到風(fēng)速最大值。

3.2 機械液壓混合傳動功率分配及效率分析

機械液壓混合傳動功率主要依靠發(fā)電機來輸送，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，機械路傳遞為主，有效的提高了整個傳遞系統(tǒng)的實際效率，基本能夠達到88%—93%之間，使得風(fēng)力機的效率明顯增加。在機械液壓混合傳動中，還有少量的能量是以液壓的形式來傳遞的，實驗證明，當(dāng)系統(tǒng)功率達到93%以上時，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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