机械液压混合型风电机组主传动控制系统研究

摘要

随着人类社会的进步，对能源的需求也急剧增加。化石能源逐渐枯竭，同时化石能源的燃烧也产生了大量的环境问题。因此，对可再生能源的开发非常急切，风能是目前开发技术最成熟的可再生能源。在风电机组中，由于风速是变化的，因此齿轮等传动部件所承受的转矩会发生剧烈的波动，因此，齿轮箱及轴承故障时间最长，而且所需的维修成本也最高。近年来，液压型风电机组逐渐引起关注，但其传动效率较低。因此，本课题主要针对机械液压混合型风电机组的主传动控制系统进行研究。机械液压混合型风电机组采用机械液压混合传动系统，通过对行星轮系合理的配置及合理的控制策略，使大部分能量直接经机械齿轮传递，少部分并且波动的能量经液压系统传递。这样在保证实现风力机功率控制的前提下，不仅可以保证整个传动系统的效率，而且减缓传动系统的转矩波动。
　　论文通过五个章节对机械液压混合型风电机组主传动控制系统进行研究，五个章节的主要内容分别是:
　　第一章主要介绍课题的背景，国内外风电的发展现状及风力机技术现状，并介绍混合型风电机组国内外研究现状，提出课题意义及研究内容。
　　第二章首先对机械液压混合传动原理进行分析，证明了其应用在风电机组上的可行性;然后对现有风电机组的各个阶段控制策略进行研究，并结合机械液压混合型风电机组的特点制定其在运行过程中各个阶段的控制策略。
　　第三章主要对机械液压混合型风电机组进行仿真研究。首先在AMESim和Matlab/Simulink中建立仿真模型。通过仿真研究，可以得出，在实现风力机功率控制的前提下，该风电机组不仅可以保证整个传动系统的效率，而且减缓传动系统的转矩波动。
　　第四章主要对机械液压混合型风电机组进行试验研究。主要工作内容包括硬件选型、PLC控制程序设计和上位机LabVIEW程序编写。通过试验可得:该机械液压混合传动试验台在空载情况下通过调节泵的排量，能够很好地维持发电机转速稳定在额定转速;在离网运行情况下通过调节泵的排量可以实现发电机的恒频运行;并且该机械液压混合传动系统具有一定的吸收转矩波动的功能;与纯机械传动相比，该机械液压混合传动系统传动效率并没有降低太多，并且有较高的传动效率。
　　第五章对课题的研究工作和成果进行总结，并对课题之后的研究内容进行展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 风力机发展现状

1．2．1 风力机装机情况

1．2．2 风力机技术发展现状

1．3 国内外研究现状

1．4 课题研究意义及内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

2 风电机组机械液压混合传动的控制原理

2．1 机械液压混合传动原理

2．2 风电机组的控制原理分析

2．2．1 风力机的特性

2．2．2 风力机的控制原理

2．3 机械液压混合型风电机组控制原理

2．3．1 混合型风电机组控制原理概述

2．3．2 并网控制策略

2．3．3 最佳转速跟踪区控制策略

2．3．4 恒转速区控制策略

2．3．5 最佳转速跟踪区与恒转速区过渡阶段的控制策略

2．3．6 恒功率区控制策略

2．4 本章小节

3 风电机组机械液压混合传动仿真研究

3．1 风电机组机械液压混合传动仿真概述

3．2 风电机组机械液压混合传动仿真模型

3．2．1 风速模型

3．2．2 叶轮模型

3．2．3 泵排量控制模型

3．2．4 同步发电机并网模型

3．3 风电机组机械液压混合传动仿真结果及分析

3．3．1 风电机组并网控制仿真

3．3．2 风电机组最佳转速跟踪控制仿真

3．3．3 风电机组过渡控制及恒转速控制仿真

3．3．4 风电机组恒功率控制仿真

3．4 本章小节

4 控制系统的软硬件设计及其试验

4．1 试验台PLC控制系统硬件设计及选型

4．1．1 转速转矩仪

4．1．2 液压变量泵

4．1．3 流量计

4．1．4 三相电参数仪

4．1．5 可编程逻辑控制器PLC

4．1．6 并网装置

4．2 试验台上位机Labview程序设计

4．3 试验结果及分析

4．3．1 空载试验

4．3．2 离网试验

4．3．3 纯机械传动试验

4．4 本章小节

5 结论与展望

5．1 课题总结

5．2 展望

参考文献

攻硕期间的主要科研成果