基于蓄能器稳压的液压型风电系统稳定性研究

摘要

随着人类工业化的发展，全球对传统能源需求的增加，使煤、石油、天然气等传统能源来源告急，能源危机迫在眉睫，同时使用传统能源所造成的环境问题日益突出。风电技术相对于其它可再生能源是最成熟的，受到世界各国的青睐和大力发展，但是随着风电设备的大型化，传统风电技术问题日益突出，如塔架越来越高，塔架顶部风机设备越来越重，非常不利于风电设备的生产、运输、安装与维修。因此，一种液压型风电系统受到风电业界的关注，论文通过仿真与实验结合对基于蓄能器稳压的液压型风电系统可行性以及蓄能器在稳定系统发电环节中起到的作用作为研究。主要研究内容如下:
　　(1)根据液压型风电系统整体的研究思路，设计出基于蓄能器稳压的液压型风电系统原理图以及整体机构装置图。理论研究了液压型风电系统的可行性;对比分析了液压型风电系统相对于传统风电系统具有降低风电场整体成本、提高风电机组可靠性和工作效率的优势;重点研究了基于蓄能器稳压的液压型风电系统中，蓄能器在不同风速工况下起到稳定系统末端发电环节的关键作用。
　　(2)根据风力机、液压泵、蓄能器、液压马达和发电机等数学理论模型建立了基于蓄能器稳压的液压型风电系统AMESim与MATLAB/simulink联合仿真模型。通过联合仿真，对比分析了风速在风机额定风速上下波动的情况下，系统有无蓄能器时的稳定性;并研究了基于蓄能器稳压的液压型风电系统在风速持续过小、过大、超大不同工况下的稳定性。
　　(3)在理论工作基础上，利用传统型风电系统实验平台验证了风能的随机性以及无序性。并在室内搭建模拟基于蓄能器稳压的液压型风电系统的实验平台，通过改变系统中液压油流量用来模拟叶轮捕获的随机风能，并通过实验对比了液压型风电系统有无蓄能器时的稳定性;并展开了基于蓄能器稳压的液压型风电系统在风速持续过小、过大两种工况下的稳定性实验分析。
　　通过数学理论及实验数据的分析，验证了基于蓄能器稳压的液压型风电系统装置的可行性，并且通过蓄能器辅助动力源、削峰填谷的作用，能实现在不同风速下，稳定系统末端发电机发电环节的效果，为以后液压型风电技术进一步的研究提供有效的依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 风电发展现状及趋势

1．2．1 世界风电发展现状

1．2．2 中国风电发展现状

1．2．3 风电发展趋势

1．3 液压型风电技术研究现状

1．3．1 液压技术在风电机组中的应用

1．3．2 液压型风电系统研究现状

1．4 课题研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第二章 基于蓄能器稳压的液压型风电系统设计

2．1 风电系统结构对比分析

2．2 系统核心部件

2．3 系统可行性分析

2．4 系统数学模型

2．5 本章小结

第三章 基于蓄能器稳压的液压型风电系统风力机转速模拟

3．1 风速和叶轮数学模型

3．1．1 风速数学模型

3．1．2 叶轮数学模型

3．2 风力机转速建模与仿真

3．2．1 AMESim建模软件简介

3．2．2 风力机转速仿真

3．3 本章小结

第四章 基于蓄能器稳压的液压型风电系统稳定性仿真研究

4．1 基于蓄能器稳压的液压型风电系统数学模型

4．1．1 系统控制调节结构的数学模型

4．1．2 泵控马达液压回路机构的数学模型

4．1．3 永磁同步发电机数学模型

4．2 基于蓄能器稳压的液压型风电系统仿真模型

4．3 基于蓄能器稳压的液压型风电系统稳定性仿真分析

4．3．1 额定风速波动下系统稳定性分析

4．3．2 不同风况下系统稳定性分析

4．4 本章小结

第五章 基于蓄能器稳压的液压型风电系统稳定性实验研究

5．1 实验系统搭建

5．2 实验原理及测试要求

5．3 实验研究内容

5．3．1 风能随机性实验

5．3．2 有无蓄能器时系统稳定性实验研究

5．3．3 风速过小时系统稳定性实验研究

5．3．4 风速过大时系统稳定性实验研究

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利