風電機組的機械液壓混合傳動技術

陳亮

摘 要：風電機組的機械液壓混合傳動技術是現代使用范圍較廣的專業電機操作和傳輸技術之一，本文在介紹一、機械液壓混合傳動原理及機組的變速恒頻控制的前提下，論述了混合傳動式風電機組建模以及混合傳動式風電機組建模的仿真結果分析。

關鍵詞：風電機；機械液壓；混合傳動技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.036

風能是當前可再生能源中的越來越受到重視的能源種類，人們對風能的開發利用技術在不斷更新。但是由于風能利用的成本高、外部環境復雜、技術難度大，尤其是風電裝備中的齒輪箱傳動系統的維修在各項維護成本中的耗資居于首位。目前的齒輪傳動的風力機也存在諸多問題。而采用機械液壓混合傳動的風電機組，在兼具機械傳動和液壓傳動的優點的基礎上，使得風電機組的性能有很大提升。

1 機械液壓混合傳動原理及機組的變速恒頻控制

機械液壓混合傳動下的并網風電機組，通過葉輪獲得風能、機械能，能量繼而發生分流，一部分能量轉化為驅動液壓泵的液壓能進一步轉化為機械能，另一部分能量通過機械路傳遞。最后兩股能量合流傳遞給發動機。

混合傳動系統是機械液壓混合傳動式風電機組的關鍵部分，我們首先對其進行原理分析。

2 混合傳動式風電機組建模

所謂混合傳動式風電機組建模是指專門針對1.5MW實施的風力發電仿真模型，根據不同的建模方式和渠道，主要包括以下幾種類型。

2.1 風速模型

風速一般意義上包括四個主要影響因素，分別是：平均值、斜坡值，這是表示風速穩定增加具體量值指數、陣風分量和湍流分量。其中，風機額定功率和潮流計算的輸出率兩者結合可以計算出平均風速，主要用三個幅值a、起始時間t和終止時間T三個主要參數計算得出。

2.2 葉輪模型

葉輪模型中，風機運行效率與風速有直接關系，但是，當保持葉輪節距角不變的情況下，只要保證風輪在一個恰當的活動范圍內，就可以維持風力機的正常運行。想要調節風速的變化，只要調節風輪的轉速就可以實現，使得風輪葉尖與風速之間保持不變的，就可以得到預期的效果。

2.3 并網發電機模型

隨著電力技術的進步和發展，發電機被廣泛應用于水利發電和火力發電中。此外，在柴油發電、核能發電等發電機制中也經常能見到發電機的身影。將同步發電機并入電網合并運行，通過調節勵磁電流以及電機操作系統就可以有效的實現調節電機功率因素和無功功率的目的。

與雙饋式風力電機和永磁力風力發電機相比，合并風力發電機具有不需要使用大容量變流器的顯著優勢。一般而言，變流器所需要的成本極高，且操作程序復雜，在運行過程中還可能產生大量的高頻電流，既有可能導致部分電流損失嚴重，又有可能影響電網的電能質量。

3 混合傳動式風電機組建模的仿真結果分析

3.1 變速恒頻控制結構分析

在風速達到4m/s時，就達到了風速并網的基本條件，同步發電機主要組成部分發電機轉速如果能夠穩定在與同步轉速相近的范圍內，此時就可以將勵磁系統調節電壓合閘并網。

實現合閘并網后，電網系統的仿真系統結果曲線也會發生明顯變化，其中，葉輪轉速可以實現對目標轉速的實時追蹤，保證風速能夠幫助風力機運行達到最佳狀態，達到風速最大值。

3.2 機械液壓混合傳動功率分配及效率分析

機械液壓混合傳動功率主要依靠發電機來輸送，一般情況下，液壓的功率在總功率中所占的比重都比較少，大約在5%—28%之間，通常情況下是液壓路傳遞為輔，機械路傳遞為主，有效的提高了整個傳遞系統的實際效率，基本能夠達到88%—93%之間，使得風力機的效率明顯增加。在機械液壓混合傳動中，還有少量的能量是以液壓的形式來傳遞的，實驗證明，當系統功率達到93%以上時，液壓功率占總功率的比重非常小，一般只有8%左右。

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