风电机组的机械液压混合传动技术

陈亮

摘 要：风电机组的机械液压混合传动技术是现代使用范围较广的专业电机操作和传输技术之一，本文在介绍一、机械液压混合传动原理及机组的变速恒频控制的前提下，论述了混合传动式风电机组建模以及混合传动式风电机组建模的仿真結果分析。

关键词：风电机；机械液压；混合传动技术

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

风能是当前可再生能源中的越来越受到重视的能源种类，人们对风能的开发利用技术在不断更新。但是由于风能利用的成本高、外部环境复杂、技术难度大，尤其是风电装备中的齿轮箱传动系统的维修在各项维护成本中的耗资居于首位。目前的齿轮传动的风力机也存在诸多问题。而采用机械液压混合传动的风电机组，在兼具机械传动和液压传动的优点的基础上，使得风电机组的性能有很大提升。

1 机械液压混合传动原理及机组的变速恒频控制

机械液压混合传动下的并网风电机组，通过叶轮获得风能、机械能，能量继而发生分流，一部分能量转化为驱动液压泵的液压能进一步转化为机械能，另一部分能量通过机械路传递。最后两股能量合流传递给发动机。

混合传动系统是机械液压混合传动式风电机组的关键部分，我们首先对其进行原理分析。

2 混合传动式风电机组建模

所谓混合传动式风电机组建模是指专门针对1.5MW实施的风力发电仿真模型，根据不同的建模方式和渠道，主要包括以下几种类型。

2.1 风速模型

风速一般意义上包括四个主要影响因素，分别是：平均值、斜坡值，这是表示风速稳定增加具体量值指数、阵风分量和湍流分量。其中，风机额定功率和潮流计算的输出率两者结合可以计算出平均风速，主要用三个幅值a、起始时间t和终止时间T三个主要参数计算得出。

2.2 叶轮模型

叶轮模型中，风机运行效率与风速有直接关系，但是，当保持叶轮节距角不变的情况下，只要保证风轮在一个恰当的活动范围内，就可以维持风力机的正常运行。想要调节风速的变化，只要调节风轮的转速就可以实现，使得风轮叶尖与风速之间保持不变的，就可以得到预期的效果。

2.3 并网发电机模型

随着电力技术的进步和发展，发电机被广泛应用于水利发电和火力发电中。此外，在柴油发电、核能发电等发电机制中也经常能见到发电机的身影。将同步发电机并入电网合并运行，通过调节励磁电流以及电机操作系统就可以有效的实现调节电机功率因素和无功功率的目的。

与双馈式风力电机和永磁力风力发电机相比，合并风力发电机具有不需要使用大容量变流器的显著优势。一般而言，变流器所需要的成本极高，且操作程序复杂，在运行过程中还可能产生大量的高频电流，既有可能导致部分电流损失严重，又有可能影响电网的电能质量。

3 混合传动式风电机组建模的仿真结果分析

3.1 变速恒频控制结构分析

在风速达到4m/s时，就达到了风速并网的基本条件，同步发电机主要组成部分发电机转速如果能够稳定在与同步转速相近的范围内，此时就可以将励磁系统调节电压合闸并网。

实现合闸并网后，电网系统的仿真系统结果曲线也会发生明显变化，其中，叶轮转速可以实现对目标转速的实时追踪，保证风速能够帮助风力机运行达到最佳状态，达到风速最大值。

3.2 机械液压混合传动功率分配及效率分析

机械液压混合传动功率主要依靠发电机来输送，一般情况下，液压的功率在总功率中所占的比重都比较少，大约在5%—28%之间，通常情况下是液压路传递为辅，机械路传递为主，有效的提高了整个传递系统的实际效率，基本能够达到88%—93%之间，使得风力机的效率明显增加。在机械液压混合传动中，还有少量的能量是以液压的形式来传递的，实验证明，当系统功率达到93%以上时，液压功率占总功率的比重非常小，一般只有8%左右。

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