液力机械调速系统具有成本低、寿命长的优点，应用在风力发电液力调速装置上可实现变输入恒输出的自动控制，从而使用同步电机。风力发电液力机械传动装置需要液力变矩器的高效区范围宽，设计转速比低，而国内的低转速比可调式液力变矩器尚没有成型产品，其完整性能参数有待进一步研究[1][2]。　　本文受国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题“前端调速式风电机组设计制造关键技术研究”（2012AA052901）的资助，力图为LUT600型液力调速系统的优化设计、LUT46.5型风力机的匹配及改进提供一定的理论基础。本文主要研究内容如下：　　（1)导叶可调式双涡轮液力变矩器设计　　风力发电需要低转速可调式液力变矩器，而现有单级液力变矩器不能满足要求，故采用双级液力变矩器。国内可调式液力变矩器品种单一，尚无成型双级可调式液力变矩器，鉴于此，本文设计了一种满足风力发电要求的导叶可调式双涡轮液力变矩器。　　（2)导叶可调式双涡轮液力变矩器静态特性分析　　为了使仿真计算结果更加真实可靠，应用UG软件抽取各工作轮全部流道，并采用非结构化网格生成了网格模型。在建立控制方程组时，选取了连续性方程、动量方程，并采用RNG k??模型。利用交互面技术计算不同开度不同工况下液力变矩器静态特性。在此基础上，绘制了不同开度各工况下的各个工作轮转矩曲线，为液力调速系统研究服务。　　（3）导叶可调式双涡轮液力变矩器导叶调节性能分析　　采用FLUENT软件研究导叶调节速度对导叶可调式双涡轮液力变矩器输出特性的影响。本文提出基于动网格技术和UDF技术相结合的导叶可调式双涡轮液力变矩器动态特性分析方法，并介绍了模型设置方法、网格更新方法以及动网格的运动方式；其后对动边界控制实现方法进行了分析，并选择了合理的边界控制函数。研究导轮叶片调节速度对导叶可调式双涡轮液力变矩器泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮叶片转矩的影响，并给出合理取值范围。本文设计了一种导叶调节机构，分析调节机构旋转速度和力矩的变化规律，为调节机构的控制、制造和伺服电机选型奠定基础。　　（4）MATLAB/Simulink与FLUENT的联合仿真　　以研究导叶可调式双涡轮液力变矩器动态特性为背景，针对单一环境下仿真导叶可调式双涡轮液力变矩器动态行为和流体动力学问题存在的局限性，提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT联合仿真的解决方案。分析了两个仿真软件运行环境，并提出了实现方法:在MATLAB/Simulink建立PID算法，FLUENT计算变矩器流道三维动态模型，利用软件间的接口进行参数和数据的交互，设计了一种模糊自整定PID控制器，完成导叶可调式双涡轮液力变矩器控制系统的仿真计算，即实现联合仿真。　　（5）导叶可调式双涡轮液力变矩器控制系统动态特性分析　　对由导叶可调式双涡轮液力变矩器构成的液力传控系统恒力和恒速闭环控制进行了动态仿真研究，通过对仿真结果的分析，获得了导叶可调式双涡轮液力变矩器控制系统恒力矩和恒速闭环控制的动态性能指标并对其动态品质有了大致了解，为液力机械调速系统的设计、分析以及结合实验进一步完善系统提供了参考数据。　　（6）风力发电液力调速系统参数计算与分析　　选用LUT46.5-2MW风力机，根据实测该风力机输出功率、转速和风速对应关系，计算得到其功率系数与叶尖速比关系。为保证风力机传动链系统整体获得高效率的运转，对传动链各部件进行了合理的匹配优化。　　对前端调速式风力机传动链关键部件的工作原理进行分析，分别建立风速模型、风轮空气动力学模型、传动链动力学模型、导叶可调式双涡轮液力变矩器动态模型以及主轴转速计算模型。整合各子系统，引入模糊 PID控制，建立传动链整体仿真模型，进行数值计算。基于最大风能捕获，综合考虑传动链结构参数，通过模糊 PID控制导叶开度，调节液力变矩器的工作油循环流量，从而改变导叶可调式双涡轮液力变矩器的输出转矩和转速，以适应风轮转速的变化，使主轴转速稳定在设计值。　　（7）风力发电液力调速系统实验研究　　统计、分析实验实测风速、风轮转速、导叶开度与发电功率对应的关系。将实测风速数据作为数值计算边界条件，发电功率、主轴转速、风轮转速和导叶开度实测曲线与计算曲线做对比分析。发电功率数值计算值与实验测量值结果比较接近，变化趋势相同，证明了本文所采用的数值计算方法具有一定的可靠性。　　对计算结果进行有效的比较和分析，为数值计算方法的完善和数值计算结果的修正提供依据。