风电机组机械液压混合传动系统研究

发布时间：2018-01-15 21:27

本文关键词：风电机组机械液压混合传动系统研究　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着新的全球气候协议——《巴黎协定》在2015年签订,可再生能源迎来又一次发展良机。在各种可再生能源中,风能的利用技术应该属于最成熟的,市场化以及产业化的现状以及前景都非常光明。本文采用递进式研究方法,从风力机中机械电液混合传动系统工作机理、方案设计与理论分析、控制策略研究,到机械及液压动力学建模仿真、试验台试验验证研究,系统地完成了风力机中机械液压混合传动传动原理及关键技术的研究。论文各章节内容如下:第一章,概述了风能利用的历史,并对风能利用现状,包括全球装机容量以及中国装机容量进行了数据分析,对比国外风力发电占总发电量的比值指出我国存在的差距;综述了风力机传动链分类以及变转速运行风力机技术研究进展,重点针对机械液压混合传动提出现有研究结构存在的不足,结合课题的研究意义及来源,提出了论文的主要研究内容。第二章,对风力机机械液压混合传动系统进行了设计以及控制策略适配。对行星齿轮系的转矩转速以及功率流向进行了深入的研究,在此基础上提出四种机械液压混合传动系统方案并进行对比选出最优方案;结合传统1.5MW风力机参数对混合传动系统机械系统参数进行设计计算,为提高系统传动效率选择闭式液压系统并对其关键参数进行计算;对风力机混合传动系统不同阶段的控制策略进行分析,提出低于额定风速的并网前后叶轮转速控制、高于额定风速的恒转速变转矩控制以及高于额定功率的恒功率控制策略,并结合混合传动系统模型中各参数之间的定量关系,对功率分合流控制、变速控制和转矩控制进行理论论证和分析。第三章,在1.5MW传统风电机组的参数基础上,对混合传动机组仿真参数进行计算,采用高级建模和仿真软件AMESim以及商业数学软件MATLAB对系统进行联合仿真研究,分别对风速、叶轮转子、变量泵排量调整机构、混合传动链、同步电机以及无穷大电网系统进行理论分析和数学建模;采用Ansys Workbench软件建立柔性销轴风电行星齿轮传动的三维实体模型并进行虚拟装配,对其强度、弯曲应力以及应变进行数值模拟分析;通过对仿真结果的分析讨论,确定柔性销轴应力及应变满足设计要求,同时控制策略实现了低于额定风速时最大功率捕获、高于额定风速时保护机械结构、高于额定功率时机械功率稳定液压系统吸收波动转矩的预期效果。第四章,对30kW混合传动风力机进行试验设计及选型,对机械齿轮箱、闭式液压系统及电气控制系统进行了设计选型,计算出齿轮箱的关键参数并绘制三维模型图;拟定闭式液压系统原理图并计算液压系统参数;对变量液压泵进行原理探究与初步调试,确保变量泵输入电压与排量的线性对应关系。第五章,搭建30kW混合传动风力机试验平台,拟定系统空载试验、负载变速控制以及转矩吸收试验、效率对比试验、转矩吸收对比试验以及并网试验方案,并对试验结果进行分析和讨论。试验结果表明机组具有较好的变速控制、吸收转矩波动等传动特性,机械液压功率分配合理,实现了机械主要传递能量、液压主要调节波动的新原理传动模式,同时电气系统实现了无变频器辅助成功并网,整个混合传动系统试验机组完成了预期的各项设计目标。第六章,总结了论文的主要工作,阐述了研究结论和创新点,并指出了论文的不足之处,对后续的研究工作进行了展望。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM614

【参考文献】