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随着环境污染和能源短缺成为现代文明社会的世界性难题以及人们的环保意识和危机感不断加强,使得风力发电技术备受关注。然而传统风力发电的齿轮箱传动及直驱式传动技术的各种瓶颈日益突出,如风力机塔架顶端的各种设备占用空间大、故障率高。在此背景下,一种新型发电系统即液压发电系统开始受到理论界和工业界的普遍重视。液压发电系统的一个技术特性是效率特性,效率特性反应了整个液压风力发电系统的能量之间的转换效率。本文通过液压马达驱动发电机的实验方案对液压发电系统的效率特性进行了研究。主要研究内容如下:
(1)根据液压传动型风力发电系统的研究思路,制定出液压风力发电系统的液压原理图。通过液压风力发电系统与传统风力发电系统的对比,得出了液压发电系统在效率特性上的优势。
(2)根据变量泵、定量马达以及发电机的数学模型建立液压发电系统的MATLAB/Simulink仿真模型。通过仿真模型分析在正弦输入信号下的马达的输出功率和发电机的输出功率特性和转速特性,同时分析了没有储能环节以及控制环节的液压发电系统的输出功率稳定性问题。
(3)在理论研究的基础之上,通过液压传动系统设计计算,发电机、负载和传感器选型搭建液压风力发电试验台。通过改变变量泵的流量和压力来模拟风力机捕获的风能。研究液压风力发电系统在低频、中频、高频工况下的马达效率、发电机效率和整个液压发电系统效率特性。同时研究改变马达输出扭矩,分析马达扭矩与整个液压发电系统的输出功率之间的关系。
经过液压传动型风力发电系统的效率特性研究可知,液压传动型风力发电系统的效率能够达到50%,这意味有50%的液压能能够转化为电能输出。考虑到液压发电系统可以节约大量的制造、安装及日常的维护成本,这个效率还是令人满意的。但是液压发电系统中如果没有储能环节或者液压马达转速控制环节输出的电能将非常不稳定。本文对液压传动系统在风力发电系统中的应用做了初步的研究,为将来的风力发电在微电网以及大型风电并网的应用推广提供了相关研究借鉴和参考。