垂直轴风力发电机液压传动与控制关键技术研究.pdf

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1、２０１６年１月机床与液压Ｊａｎ?２０１６第４４卷第２期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４４Ｎｏ?２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１６?０２?０２５垂直轴风力发电机液压传动与控制关键技术研究１２２张立军，张明明，胡义娥（１?中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛２６６５８０；２?青岛东华士智能装备有限公司，山东青岛２６６５８０）摘要：提出多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术。以电动机模拟风轮，建立了液压系统原理图，并解决了内曲线马达自吸能力差、两路高效合流困难等问题。实验结果表明：系统能够输出（５

2、０±０?２）Ｈｚ的、满足并网要求的近似恒频的交流电。关键词：垂直轴风力发电机；液压传动与控制；恒频；高效合流中图分类号：ＴＫ８３文献标志码：Ｂ文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－０８２－２ＳｔｕｄｙｏｎＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＤｒｉｖｅａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＶｅｒｔｉｃａｌ⁃ａｘｉｓＷｉｎｄ⁃ｄｒｉｖｅｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ１２２ＺＨＡＮＧＬｉｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｇｍｉｎｇ，ＨＵＹｉ’ｅ（１?ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

3、ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ；２?ＱｉｎｇｄａｏＤｏｎｇｈｕａｓｈｉＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｏｗｅｒ⁃ｔｙｐｅｍｕｔｉ⁃ｓｔａｇｅｖｅｒｔｉｃａｌ⁃ａｘｉｓｗｉｎｄ⁃ｄｒｉｖｅｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｗａｓｂ

4、ｕｉｌｔｂｙｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇｍｏｔｏｒｆｏｒｗｉｎｄｗｈｅｅｌ，ａｎｄｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｐｏｏｒｓｅｌｆ⁃ｓｕｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｈｉｇｈ⁃ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｆｌｕｅｎｃｅｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｕｔｐｕｔ（５０±０?２）ＨｚｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙＡＣ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｔｉｌｉｔｙｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ⁃ａｘｉ

5、ｓｗｉｎｄ⁃ｄｒｉｖｅｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｒｉｖｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ；Ｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；Ｈｉｇｈ⁃ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｆｌｕｅｎｃｅ目前的垂直轴风力发电机由于存在能接收来自任地面积比较大。以上这些不足限制了垂直轴风力发电何方向的风、无须对风，以及增速齿轮箱和发电机能机的规模化发展。为此，文中提出了多级垂直轴风力［１－２］安装在地面上、维修方便等优点而逐步被重视。发电机液压恒频发电技术。研究了两级风轮（用电但目前的垂直轴风力发电机存在如下不足：（１）自动机模拟）与配套普通交流发电机之间的液压传动动启动能力差

6、，且过速时的速度控制困难。（２）独与控制系统，提出了解决升力型风机自启动能力差和立运行的风力发电系统所发出的电，其电压和频率是对应发电机输出恒频电难的方法，提高了风能利用率一直在变化的非标准交流电，而且风能是随机波动和入网发电的稳定性与便捷性。的，不可能与负载的需求相匹配，需要用储能装置来１多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术储存这些风电，储存装置所储存的电能为直流电，但实践证实，风轮每抬高５０ｍ，上５０ｍ处风轮的目前绝大多数用电器和动力机械均需标准交流电，因发电功率是下５０ｍ处风轮发电功率的２倍，即上５０此，风电系统中均设计有能实现直流转换成交流、

7、且ｍ处的平均风速为下５０ｍ处平均风速的１?２６倍。基复杂昂贵的逆变器。（３）风机转速相对较低，而对于这个实践，提出了多级垂直轴风力发电机液压恒频应发电机转速要求较高，在风轮与发电机之间需要齿发电技术，其原理示意图如图１所示。将在不同高度轮增速箱。一级垂直轴风机的齿轮增速箱虽然可以放上的风力机风轮组（２个以上）产生的能量收集到一［３］在地面上，但其体积笨重、价格昂贵；当采用不同起，共同转换成液压能来驱动一台或多台功率不等的高度的风轮时仍存在安装不方便等问题。（４）比较交流发电机，这能吸收较多的风能，提高风能利用大型的垂直轴风机中的发电机都是永磁式的，价

8、格比率，并使整体结构在空间上布局灵活，安装维修更加普通发电机贵很多。（５）多组大型风力发电机的占方便，塔架结