液压型落地式风力发电机组长管路谐振抑制研究

发布时间：2020-10-24 04:03

　　 风能作为清洁能源的重要组成部分,正在受到世界各国越来越多的重视,风力发电技术正在向多功率等级、广应用领域及多样化机型发展。作为一种新颖的风力发电机组,液压型风力发电机组凭借其体积小、重量轻、高功重比等优势成为风力发电机组重要研究方向。与常规构型的液压型风力发电机组不同,液压型落地式风力发电机组将定量泵放置在机舱中,将变量马达、同步发电机及其相应的控制系统设置在塔基处,通过液压长管路实现定量泵与变量马达间的液压传动,可以大大减轻装机重量,降低工程安装难度。但该构型所拥有的液压长管路会使得管道谐振效应更加明显,在随机风的激励下可能在很宽的频率范围内发生压力谐振,危害结构稳定,影响发电质量。本文针对液压型落地式风力发电机组中长管路内部的压力谐振展开研究,利用电液相似理论建立了长管路主传动系统阻抗模型,基于长管路分布参数模型,建立了长管路两端的压力传递函数。利用导数法对压力传递函数进行分析,求解得到了压力谐振频率所满足的隐函数条件方程,并从压力波传播角度对该条件方程进行了理论分析,进而求得了谐振峰值表达式。基于谐振频率条件方程,对压力谐振频率进行了参数影响分析,首先针对不同功率等级风电机组的参数对压力谐振频率进行了参数灵敏度分析,得到了各个参数对谐振频率的影响程度。其次,重点分析了变量马达排量和节流阀阻抗对谐振频率的影响规律,得到了改变变量马达排量和节流阀阻抗使谐振频率发生偏移在数值上应满足的条件。最后,对压力谐振峰值进行了参数灵敏度分析,并研究了变量马达排量和节流阀阻抗对谐振峰值的影响规律。根据上述研究结论,提出了一种利用变量马达排量和节流阀阻抗作为控制输入的压力谐振主动控制方法,一方面使压力谐振的谐振频率偏离激励频率,另一方面降低压力谐振的峰值。由于调整变量马达排量和节流阀阻抗会造成系统能量的损失,因此利用多目标遗传算法,以压力脉动衰减量和机组能量损失为优化目标函数,对变量马达排量和节流阀阻抗进行寻优,实现压力脉动幅值在不同程度上的衰减。在30 kVA液压型风力发电机组实验平台进行了实验研究,通过利用变量泵/马达施加正弦或扫频信号使长管路中产生激励信号,通过对信号进行频谱分析,得到了压力传递函数幅值特性曲线,通过与理论分析结果对比,验证了正确性。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM315
【部分图文】：

图 1-12 Jordan 所提出的压力脉动主动控制系统管路中安装伺服作动器，通过控制伺服作有系统的压力脉动。荆慧强设计了一种电 所示，研究发现当滤波器的位移幅值及频好时，滤波效果明显[52]。李运华提出一种变容腔液压主动滤波器，如图 1-14 所示足使压力近似维持恒定[53]。Kojima 设计了用基于传递函数的控制理论实现了在 20~得了至少 20 dB 的脉动衰减效果[54-55]。电磁驱动器出口

c) 转动惯量为 10~100 kg·m2 3-2 谐振频率随变量马达排量和等效转动惯量变化规可以看出，当转动惯量处在 10-5~10-4kg·m2这一率几乎不发生改变，基本维持在 29 rad/s；当转-2 b)所示，随着变量马达排量的变化，谐振频率量为 0.1kg·m2时，最大的变化量达到了 14rad/化量达到了 6 rad/s；而当转动惯量处在 10~100 的变化同样比较微小，如当转动惯量为 10kg·m2最大变化量仅为 0.8 rad/s，当转动惯量为 100 k率的最大变化量更只有 0.2 rad/s。分析可以知道，转动惯量的取值会大大影响变动惯量取不同值时，改变变量马达排量，谐振频量处于某一个合适的区间时，谐振频率会随着变

- 35 -c) 管径为 0.1~1 m图 3-3 谐振频率随变量马达排量和管径变化规律惯量对变量马达排量的灵敏度影响一样，管径在谐振频率对于变量马达排量的灵敏度。当管径频率会因变量马达排量的变化产生 10~20rad/s时，变量马达排量对于谐振频率的影响作用便微马达排量使谐振频率偏移的条件建模中可知，压力谐振条件方程为2 l = n , n 0, 2, 4 有相移常数， = a； 为反射系数相位。=r
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本文编号：2853990