液压型落地式风力发电机组长管路谐振抑制研究

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风能作为清洁能源的重要组成部分,正在受到世界各国越来越多的重视,风力发电技术正在向多功率等级、广应用领域及多样化机型发展。作为一种新颖的风力发电机组,液压型风力发电机组凭借其体积小、重量轻、高功重比等优势成为风力发电机组重要研究方向。与常规构型的液压型风力发电机组不同,液压型落地式风力发电机组将定量泵放置在机舱中,将变量马达、同步发电机及其相应的控制系统设置在塔基处,通过液压长管路实现定量泵与变量马达间的液压传动,可以大大减轻装机重量,降低工程安装难度。但该构型所拥有的液压长管路会使得管道谐振效应更加明显,在随机风的激励下可能在很宽的频率范围内发生压力谐振,危害结构稳定,影响发电质量。本文针对液压型落地式风力发电机组中长管路内部的压力谐振展开研究,利用电液相似理论建立了长管路主传动系统阻抗模型,基于长管路分布参数模型,建立了长管路两端的压力传递函数。利用导数法对压力传递函数进行分析,求解得到了压力谐振频率所满足的隐函数条件方程,并从压力波传播角度对该条件方程进行了理论分析,进而求得了谐振峰值表达式。基于谐振频率条件方程,对压力谐振频率进行了参数影响分析,首先针对不同功率等级风电机组的参数对压力谐振频率进行了参数灵敏度分析,得到了各个参数对谐振频率的影响程度。其次,重点分析了变量马达排量和节流阀阻抗对谐振频率的影响规律,得到了改变变量马达排量和节流阀阻抗使谐振频率发生偏移在数值上应满足的条件。最后,对压力谐振峰值进行了参数灵敏度分析,并研究了变量马达排量和节流阀阻抗对谐振峰值的影响规律。根据上述研究结论,提出了一种利用变量马达排量和节流阀阻抗作为控制输入的压力谐振主动控制方法,一方面使压力谐振的谐振频率偏离激励频率,另一方面降低压力谐振的峰值。由于调整变量马达排量和节流阀阻抗会造成系统能量的损失,因此利用多目标遗传算法,以压力脉动衰减量和机组能量损失为优化目标函数,对变量马达排量和节流阀阻抗进行寻优,实现压力脉动幅值在不同程度上的衰减。在30 kVA液压型风力发电机组实验平台进行了实验研究,通过利用变量泵/马达施加正弦或扫频信号使长管路中产生激励信号,通过对信号进行频谱分析,得到了压力传递函数幅值特性曲线,通过与理论分析结果对比,验证了正确性。
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