2015_液压传动型风力发电机组概述_丁松

液压传动型风力发电机组概述

丁松（143717015）

摘要：本文叙述了液压传动型风力发电机组国外、国内的发展历史及研究现状。介绍了其典型结构与工作原理，包括主架构、详细结构与工作原理、并网转速控制系统、工作状态。分析了其特点与优势。描绘了其发展前景。液压传动型风力发电机组由于结构简单、成本低、可靠性高，具有很大的发展潜力和广阔的前景。

关键词：液压传动；风力发电机组；概述；综述

Overview of hydraulic driven wind turbine

DING Song (143717015)

Abstract：This paper describes the development history and research status of the hydraulic driven wind turbine abroad and domestic. This paper introduces the typical structure and working principle, including the main structure, the detailed structure and the working principle, the network speed control system and the working state. The characteristics and advantages of the system are analyzed. The development prospect is described. Hydraulic driven wind turbine has great development potential and broad prospects due to its simple structure, low cost and high reliability.

Key words：hydraulic drive;wind turbine; overview

0 引言

现代风力发电机组普遍采用以增速齿轮箱为主传动的交流励磁双馈发电机(doubly—fed induction generator，DFIG)和无齿轮箱直接驱动的多级永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator，PMSG)。PMSG因为其自励磁特性被研究者普遍认为是变速风力发电机组理想的选择，它的自励磁特性使系统能够在高功率因数和高效率下运行，主要代表机型有德国Enercon E66型2 MW、意大利Gamma 60型1．5 MW等[1]。

除笼型异步发电机、双馈异步发电机、永磁同步发电机之外，各国研究人员从提高风力发电机组的效率、可靠性和降低大型发电机的制造难度等角度，提出了其它具有商业化潜力的发电机，如开关磁阻发电机、无刷双馈感应发电机、爪极式发电机、高压发电机、定子双绕组异步发电机、横向磁通永磁发电机、双凸极发电机、电气无级变速器、全永磁悬浮发电机等。虽然这些新型风力发电机组各有优点，但是始终没有彻底摆脱齿轮箱和庞大的整流逆变装置，所以一种摒弃齿轮箱和整流逆变装置的新型风力发电机型——液压型风力发电机组应运而生[1]。

液压型风力发电机组作为新一代风力发电机组，与传统齿轮箱式及直驱式风力发电机组相比有很大优势。液压型风力发电机组主传动使用定量泵-变量马达闭式系统代替齿轮箱，由于液压系统是柔性系统，灵活性好，可以承受较大的载荷，提高机组的使用寿命；液压型风力发电机组大大降低了机舱重量，1.6MW 齿轮箱式风力发电机组齿轮箱重达13吨，2MW直驱式风力发电机组的发电机重达150吨，而1.6MW液压型风力发电机组的液压泵只重5吨，大大降低塔筒及机舱故障；液压型风力发电机组采用励磁无刷同步发电机直接并网，发电机与电网之间无需变流器，发电机速度被控制稳定于1500r/min，满足电网50Hz频率要求，电能质量高；液压型风力发电机组在制造成本、关键零部件的采购、维修等方面也均具有很大优势[2]。

与传统双馈和直驱机型相比，液压传动系统功重比高，可以省去笨重且昂贵的齿轮箱，解决了齿轮箱传动故障率高，维护成本高的问题，避免了直驱机型庞大的永磁发电机。液压传动减速比实时调整，可采

用电励磁同步发电机，省去昂贵而高故障率的电力电子变换装置和变压器，整套设备成本大大降低，具有提高发电质量，便于维护等优点，各国相继开展液压型风力发电机组研发工作[1, 3]。

1发展历史及现状

从2007年开始，国外开始研究液压型风力发电机组，主要集中在挪威、德国、美国、英国等发达国家，各国家前期研究只限于理论及实验室研究。从2009年开始，各国争相进行液压型风力发电机组样机实验，预期于2011~2012年推出系列产品。国内液压型风力发电机组相关研究很少，一些企业及科研机构也已经开始或进行引进吸收技术或独立自主研发[2]。

1.1国外

1979年，美国专利提出液压型风力发电机组压力反馈控制运行方法，风力机与液压泵相连接，检测泵产生的液压压力值与基准值进行比较，实现风力机转速控制[1]。

2003年，加拿大专利提出一种带有可变排量和压力补偿液压传动装置的风力发电机组。这种风力发电机组通过控制排量从而有效控制“过速”负载。但这种排量控制只在启动期间进行，不在发电运行工况中进行[1]。

挪威科技大学从2004年开始液压型风力发电机组的各种研究，并得到挪威海德鲁公司的资助，2005年，挪威科技大学制造出全50kW液压型风力发电机组模型，2006~2007年，研发出300kW液压型风力发电机组样机[2]。

2006年，挪威专利提出一种基于定量泵一变量马达液压型电力产生系统及其控制方法。通过控制闭式系统马达排量，以维持设定的涡轮机叶尖速比，从而提高发电系统的效率[1]。

2007年挪威ChapDrive公司成功研发出225kW落地式液压型风力发电机组，采用定量泵-变量马达闭式液压系统传动，图1.1.1为ChapDrive公司液压型风力发电机组原理图，定量泵与风力发电机组叶轮主轴直接相连，随着叶轮旋转定量泵输出高压液压油，变量马达及励磁同步发电机采用落地式安装，定量泵经过输油管道驱动变量马达，马达恒定转速输出，满足电网频率要求，励磁同步发电机直接并网发电，并且制造出样机，进行现场试验，测绘试验曲线，并于2009年进行改进升级使其最优化；2008年，研发出900kW液压型风力发电机组，并于2009年制造样机，进行现场试验；目前，根据之前的225kW及900kW液压型风力发电机组的数据，ChapDrive公司建立了仿真工具和动态模型，并积极开发5MW液压型风力发电机组，计划起始于2009年，并已于2010年11月成功完成图1.1.2的ChapDrive公司液压型风力发电机组仿真分析系统[2]。