液压蓄能型风电机组运行特性研究

发布时间：2020-09-28 09:39

　　风能是大自然中取之不尽且最接近商业化的新能源,得到了全球能源研究机构的青睐。针对目前的常规风电机组,液压蓄能型风电机组因机舱只布置液压泵及附件,其机舱内部的重量会大幅减少,对吊装十分有利,液压马达及发电机等放置在地面,运行维护更为方便。机组由液压马达直接驱动同步发电机发电,省去了传统风电机组的齿轮箱和整流逆变设备。引入了液压蓄能器作为蓄能装置,实现了在风不稳定或短期无风情况下持续发电,提高了风能的利用率。本文针对液压蓄能型风电机组的运行特性展开研究,首先对无蓄能装置的液压型风电机组工作原理进行了介绍,之后根据蓄能装置作用于机组的不同位置进行了分析,选取了合适的蓄能装置配置方式,并提出了液压蓄能型风电机组的运行区间。以液压蓄能型风电机组作为研究对象,建立了机组各组成部分的数学模型。对液压蓄能型风电机组各组成元件进行了计算及选型。分析了加入蓄能装置后,整个机组的控制策略,并通过AMESim软件搭建了机组的仿真模型。最后介绍了本课题的研究项目:600k W液压蓄能型风电试验样机,证明液压传动风力发电系统的可行性。本文具体分析了蓄能压力对机组运行特性的影响,在AMESim软件中首先对无蓄能装置时,液压型风电机组的运行状态进行仿真,验证了仿真模型计算与搭建的正确性。然后切入不同压力的蓄能装置,对主传动液压系统压力、风轮运行特性、发电机运行特性、蓄能装置运行特性进行了仿真研究。根据仿真结果进行分析,总结不同压力蓄能装置切入后,液压蓄能型风电机组的运行特性。在风大而电力需求小时,机组应当切入压力较小的蓄能装置,这样即能够满足电力需求,又能够将多余的风能转化为液压能储存起来;在风小而电力需求大时,机组应当切入压力较大的蓄能装置,提高机组的发电功率以满足电力需求;在无风或者极端风速下,可直接切入大压力蓄能装置作为单独动力源,实现机组在一定时间内的持续发电。本文的研究结果不仅为该机组的推广提供了理论支持,也为大容积蓄能器在容积调速回路中的其他应用提供了参考。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM315
【部分图文】：

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（a）机组概念图（b）液压系统原理图图 1.1 查普驱动公司风力发电机组示意图2009 年，阿托斯公司受到国家项目基金的资助，设计并搭建了 1.5MW 液压型风电机组的试验样机[29]，其示意图如图 1.2 所示。该公司采用数字定量泵-数字变量马达传动形式，其中定量泵采用阀配流柱塞缸形式。风轮转动时，68 个柱塞配合工作吸入低压油排出高压油，高压油驱动两个变量马达，拖动励磁同步发电机转动实现并网发电[30]。

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（a）机组概念图（b）液压系统图 1.1 查普驱动公司风力发电机组示意图阿托斯公司受到国家项目基金的资助，设计并搭建试验样机[29]，其示意图如图 1.2 所示。该公司采用数形式，其中定量泵采用阀配流柱塞缸形式。风轮转动低压油排出高压油，高压油驱动两个变量马达，拖网发电[30]。

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（a）机组模型图（b）液压系统原理图图 1.3 单泵-多马达多级控制的风电机组示意图美国加州理工大学喷气推进实验室（JPL）于 2012 年发表了一种新型风力机中试报告[31]。它利用一种高压泵将电动机的转动能量转换为高压液体的能量，将高压液体输送到地面储存并发电。但这是一种小型实验室方案，不是风轮驱动，是靠电动机驱动的实验室方案，从 JPL 的试验可以看出，利用液压传动系统可以有效实现能量传递和驱动，配合较好的控制系统其效率可以与目前所用的机械传动系统媲美。目前的试验研究已经表明，机组的主传动液压系统传动效率已超过85%。由以上可以看出，国外的研究主要是针对液压型风电机组本身，并没有过多的研究加入蓄能技术对于液压型风电机组的影响。国内在液压蓄能型风电机组上也做了一定的研究，但目前国内的研究仅限于理论和模型化及概念研究，无大机组研发经验可以借鉴。2009 年，王延忠、陈燕、海锦涛在发明专利提出了一种液压传动型风电机组，由风轮带动液压变量泵，通过容积调速回路调节液压定量马达的转速，也将蓄能器加入到了容积调速回路中。2009 年，兰州车辆研究所有限

【参考文献】