孔祥東　宋　豫　艾　超　王　靜

1.先進(jìn)鍛壓成形技術(shù)與科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué)),秦皇島,066004 2.燕山大學(xué)河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室,秦皇島,066004

風(fēng)力機(jī)定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)系統(tǒng)并網(wǎng)控制

孔祥東1,2宋豫1,2艾超1王靜1,2

1.先進(jìn)鍛壓成形技術(shù)與科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué)),秦皇島,066004 2.燕山大學(xué)河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室,秦皇島,066004

提出了液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)系統(tǒng)并網(wǎng)的控制方法，即當(dāng)首臺(tái)變量馬達(dá)處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)采用恒壓控制方法實(shí)現(xiàn)下一臺(tái)變量馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)不失穩(wěn)，并采用結(jié)構(gòu)不變性原理對(duì)雙并聯(lián)變量馬達(dá)速度耦合進(jìn)行解耦，當(dāng)下一臺(tái)變量馬達(dá)啟動(dòng)后采用轉(zhuǎn)速控制方法實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速控制;建立了系統(tǒng)并網(wǎng)控制的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行了仿真研究,得到了不同風(fēng)速(定量泵轉(zhuǎn)速)條件下系統(tǒng)采用壓力與轉(zhuǎn)速控制的并網(wǎng)過(guò)程中定量泵轉(zhuǎn)速、變量馬達(dá)斜盤(pán)擺角、變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)高壓壓力的響應(yīng)特性，驗(yàn)證了定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法的有效性,為拓展液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大型及超大型機(jī)型中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

風(fēng)力發(fā)電;定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá);并網(wǎng)控制;壓力控制;轉(zhuǎn)速控制

0　引言

隨著傳統(tǒng)能源儲(chǔ)量的急劇減少，人們對(duì)新能源的關(guān)注與研究正在不斷地深入。風(fēng)能作為潔凈的可再生能源的一種，已經(jīng)受到很多國(guó)家的重視，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展。風(fēng)中蘊(yùn)含著用之不盡的能源，但是，目前風(fēng)電行業(yè)面臨著一個(gè)重要的問(wèn)題是并網(wǎng)困難，主要是由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量不能滿足電網(wǎng)要求，這就導(dǎo)致裝機(jī)容量與發(fā)電量之間存在巨大的差距，設(shè)備不能發(fā)揮其能力。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)型主要是雙饋型和直驅(qū)型，雙饋型通過(guò)齒輪箱給主軸升速?gòu)亩鴰?dòng)交流異步電動(dòng)機(jī),直驅(qū)機(jī)型風(fēng)輪主軸直接與永磁同步發(fā)電機(jī)相連，兩種機(jī)型最大的問(wèn)題是傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法消除風(fēng)速波動(dòng)對(duì)電能質(zhì)量的影響。新型的液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用了液壓系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)速與功率密度高的優(yōu)勢(shì)，有效降低功率波動(dòng)的同時(shí)還減小了機(jī)組的重量，降低了裝機(jī)成本，是未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的一種主要機(jī)型。2009年，蘇格蘭Artemis Intelligent Power公司采用數(shù)字定量泵-并聯(lián)數(shù)字變量馬達(dá)傳動(dòng)形式，進(jìn)行了1.5MW液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型研究[1]。2010年，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)采用徑向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)系統(tǒng)，搭建定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)其運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[2-3]。但以上研究均未見(jiàn)應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

采用定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，能夠有效地提升機(jī)組的性能。研究者針對(duì)定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的研究。文獻(xiàn)[4]在定量泵-并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)中采用壓力規(guī)劃法降低系統(tǒng)壓力波動(dòng),同時(shí)在轉(zhuǎn)速控制中加入擾動(dòng)觀測(cè)器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)態(tài)精度；文獻(xiàn)[5]對(duì)單泵多并聯(lián)馬達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行分層協(xié)調(diào)控制，根據(jù)一階滑模觀測(cè)器估算的道路條件確定最優(yōu)滑移率，實(shí)現(xiàn)車輛優(yōu)越的加速和減速性能；文獻(xiàn)[6]針對(duì)越野性能要求高的步兵戰(zhàn)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),結(jié)合恒壓網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出改進(jìn)的MRAC(Narendra model reference adaptive control)方法實(shí)現(xiàn)雙馬達(dá)速度同步控制,降低了壓力波動(dòng)，對(duì)負(fù)載干擾具有較強(qiáng)的魯棒性;文獻(xiàn)[7]分析了單變量泵并聯(lián)變量馬達(dá)的同步轉(zhuǎn)速控制,利用基于流量均衡控制與壓力速度之和反饋相結(jié)合的控制策略，無(wú)需解耦即可實(shí)現(xiàn)工程車輛同步控制。

本文以液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，采用定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制。提出了基于系統(tǒng)恒壓控制[8-10]的雙并聯(lián)變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制[11-13]方法,有效解決了雙并聯(lián)變量馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的壓力沖擊問(wèn)題，使同步發(fā)電機(jī)滿足并網(wǎng)要求。

1　液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理

液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)系統(tǒng)原理如圖1所示,主要由風(fēng)力機(jī)、定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)液壓系統(tǒng)、同步發(fā)電機(jī)組成。

圖1　液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能并傳遞至定量泵,定量泵輸出高壓油帶動(dòng)變量馬達(dá)旋轉(zhuǎn),變量馬達(dá)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)將液壓能轉(zhuǎn)化為電能送入電網(wǎng)。

為了提高系統(tǒng)的效率與風(fēng)能利用率，在風(fēng)速低于雙發(fā)電機(jī)并網(wǎng)閾值時(shí)，系統(tǒng)只投入一臺(tái)變量馬達(dá)及與其相連的發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速高于這一閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)，系統(tǒng)投入第二臺(tái)變量馬達(dá)及與其相連的發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)雙并聯(lián)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)系統(tǒng)回路原理簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

采用圖2所示的原理圖模型推導(dǎo)定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)傳遞函數(shù)時(shí)，兩臺(tái)變量馬達(dá)型號(hào)相同，故其數(shù)學(xué)表達(dá)相同，以下角標(biāo)1和2區(qū)別,并作如下假設(shè)：①連接管道為硬管且長(zhǎng)度很短;②液壓泵和馬達(dá)腔的容積為常數(shù);③系統(tǒng)中高低壓腔的壓力分別均勻相等；④不考慮補(bǔ)油系統(tǒng)。

圖2　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)系統(tǒng)回路原理簡(jiǎn)圖

在工作點(diǎn)處將斜盤(pán)擺角γ與高壓管路壓力ph的乘積構(gòu)成一個(gè)非線性方程進(jìn)行線性化處理，有

γph=(γ(0)+Δγ(t))(ph(0)+Δph(t))

(1)

式中，γ為變量馬達(dá)斜盤(pán)擺角,為[0,1]區(qū)間取值的量綱一數(shù)值；γ(0)為變量馬達(dá)初始斜盤(pán)擺角,rad；Δγ(t)為變量馬達(dá)初始斜盤(pán)擺角變化量，rad；ph(0)為高壓管路初始?jí)毫?Pa;Δph(t)為高壓管路壓力變化量,Pa。

忽略二階無(wú)窮小量，整理得

γph=γ0ph0+Δγ(t)ph0+γ0Δph(t)

(2)

式中,ph0為高壓管路初始?jí)毫Γ琍a；γ0為變量馬達(dá)初始斜盤(pán)擺角，rad。

變量馬達(dá)與負(fù)載的力矩平衡方程的拉氏變換式為

Kmγph0+Kmγ0ph=Jms2θm+Bmsθm+Gmθm+Tm

(3)

式中,Km為變量馬達(dá)排量梯度，m3/rad；θm為變量馬達(dá)轉(zhuǎn)角，rad；Jm為變量馬達(dá)與負(fù)載(折算到變量馬達(dá)軸上)的總慣量，kg·m2；Bm為變量馬達(dá)軸端的黏性阻尼系數(shù)，N·s/m；Gm為變量馬達(dá)軸端的負(fù)載彈簧剛度，N/m；Tm為作用在變量馬達(dá)上的電磁轉(zhuǎn)矩，N·m。

定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)高壓腔流量連續(xù)性方程為

(4)

式中，qp為定量泵流量，m3/s；qm為變量馬達(dá)流量，m3/s；V0為定量泵與變量馬達(dá)之間高壓管路總?cè)莘e，m3；βe為油液綜合體積彈性模量,Pa。

將變量馬達(dá)流量方程代入式(4)有

(5)

式中,pl為低壓管路壓力，Pa；Cim、Cem分別為變量馬達(dá)內(nèi)外泄漏系數(shù),m3/(s·Pa)。

(6)

式中,ωm0為變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速初始值,rad/s;Δωm(t)為變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速變化值,rad/s。

將式(6)代入式(5),則其拉氏變換式為

qp=(Kmγ1ωm01+Kmγ01sθm1)+

(7)

式中,Ctm為變量馬達(dá)總泄漏系數(shù),Ctm=Cim+Cem。

由變量馬達(dá)流量方程與式(4)、式(7)得到定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為

qm1=Dm1ωm1+Cim1(ph-pl)+Cem1ph

(8)

qm2=Dm2ωm2+Cim2(ph-pl)+Cem2ph

(9)

Kmγ1ph0+Kmγ01ph=Jm1s2θm1+Bm1sθm1+Gm1θm1+Tm1

(10)

Kmγ2ph0+Kmγ02ph=Jm2s2θm2+Bm2sθm2+Gm2θm2+Tm2

(11)

qp=Kmγ1ωm01+Kmγ01sθm1+Kmγ2ωm02+

(12)

由定量泵流量方程和式(8)～式(12),聯(lián)立可得定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖，見(jiàn)圖3。

圖3　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)方框圖

當(dāng)定量泵和兩變量馬達(dá)輸出端剛度很大時(shí),Gm1=Gm2=Gp=0。圖3中共包含5個(gè)輸入量γ1、γ2、Tp、Tm1、Tm2和3個(gè)輸出量θp、θm1、θm2,系統(tǒng)高壓壓力ph為中間變量。

由式(11)得

ph=

(13)

式中,ωp為定量泵轉(zhuǎn)速，rad/s；Dp為定量泵排量，m3/rad；Ct為總泄漏系數(shù),即定量泵總泄漏系數(shù)與變量馬達(dá)總泄漏系數(shù)之和，m3/(s·Pa)。

將式(13)代入定量泵力矩平衡方程得

(14)

式中，θp為定量泵轉(zhuǎn)角，rad；Tp為作用在定量泵上的驅(qū)動(dòng)力矩，N·m；Jp為定量泵和負(fù)載(折算到定量泵軸上)的總慣量，kg·m2；Bp為定量泵軸端的黏性阻尼系數(shù),N·s/m；Gp為定量泵軸端的負(fù)載彈簧剛度，N/m。

3　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略

3.1并網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)思想

當(dāng)變量馬達(dá)1工作于并網(wǎng)狀態(tài)、變量馬達(dá)2未啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)管道中流量平衡的原理，檢測(cè)定量泵轉(zhuǎn)速可以給定變量馬達(dá)斜盤(pán)擺角，即在恒流狀態(tài)下給定變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角基準(zhǔn)值。

當(dāng)變量馬達(dá)1工作于并網(wǎng)狀態(tài)、變量馬達(dá)2啟動(dòng)時(shí)，檢測(cè)風(fēng)速信號(hào)和定量泵轉(zhuǎn)速信號(hào)，送入壓力給定控制器，其輸出與系統(tǒng)實(shí)際壓力信號(hào)的差值送入壓力控制器,控制變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高壓壓力基本穩(wěn)定在給定值，即在恒壓狀態(tài)下進(jìn)行變量馬達(dá)2啟動(dòng)。定量泵轉(zhuǎn)速受變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角與變量馬達(dá)2斜盤(pán)擺角的共同作用，當(dāng)定量泵輸入轉(zhuǎn)速為定值時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)不變性解耦原理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)互不相關(guān)，即變量馬達(dá)2斜盤(pán)擺角和轉(zhuǎn)速變化均不會(huì)影響系統(tǒng)高壓壓力，系統(tǒng)壓力只由變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角決定，通過(guò)變量馬達(dá)1擺角控制器控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高壓壓力恒定。

當(dāng)變量馬達(dá)1工作于并網(wǎng)狀態(tài)、變量馬達(dá)2啟動(dòng)、系統(tǒng)工作于恒壓狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定于(1500±6)r/min的并網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速下，實(shí)現(xiàn)變量馬達(dá)2進(jìn)入并網(wǎng)工作狀態(tài)。

3.2并網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)圖4所示的并網(wǎng)流程,可實(shí)現(xiàn)定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì),但是,由式(13)分析可知，無(wú)論變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角、變量馬達(dá)2斜盤(pán)擺角、變量馬達(dá)2外負(fù)載中哪一參量改變,都會(huì)引起系統(tǒng)高壓壓力變化，即兩轉(zhuǎn)速控制通道相互耦合。

圖4　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)流程圖

變量馬達(dá)在調(diào)整轉(zhuǎn)速過(guò)程中,由于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大對(duì)其轉(zhuǎn)速的影響不大，故可以認(rèn)為定量泵轉(zhuǎn)速不變；變量馬達(dá)1處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，其轉(zhuǎn)速被電網(wǎng)拖住為定值，化簡(jiǎn)定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，其簡(jiǎn)化方框圖見(jiàn)圖5。

圖5　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖

分析圖5可知,若要保證高壓壓力不變,則需令A(yù)點(diǎn)流量不變,而A點(diǎn)流量變化受變量馬達(dá)1和變量馬達(dá)2兩部分變化影響：

(15)

(16)

式中,Δqm1、Δqm2分別為變量馬達(dá)1、2引起的A點(diǎn)流量變化，m3/s。

由A點(diǎn)流量不變的要求得

ΔqA=Δqm1+Δqm2=0

(17)

式中,ΔqA為A點(diǎn)流量變化，m3/s。

由式(15)～式(17)聯(lián)立得

(18)

由式(18)可以看出，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)變量馬達(dá)2斜盤(pán)擺角和變量馬達(dá)2轉(zhuǎn)速的變化值，即可計(jì)算出變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角的補(bǔ)償值送入控制器，在此利用結(jié)構(gòu)不變性解耦補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)恒壓控制。

基于以上分析可以得出定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6,系統(tǒng)共包括5個(gè)控制器:壓力給定控制器、壓力控制器、變量馬達(dá)1斜盤(pán)擺角控制器、變量馬達(dá)2斜盤(pán)擺角控制器、斜盤(pán)擺角補(bǔ)償控制器。

通過(guò)上述理論分析，該方法可擴(kuò)展到定量泵-多并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)電機(jī)依次并網(wǎng),從而拓展液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大型及超大型機(jī)型中的應(yīng)用。

圖6　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

4　定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)控制仿真研究

4.1仿真平臺(tái)

利用AMESim與MATLAB/Simulink軟件搭建了液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)主傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)仿真模型，如圖7所示，采用該模型對(duì)不同風(fēng)速變化條件下高壓壓力、變量馬達(dá)斜盤(pán)擺角、變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性進(jìn)行了分析。

圖7　液壓控制系統(tǒng)仿真模型

針對(duì)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)置主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1所示。

表1　主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)仿真參數(shù)表

風(fēng)力機(jī)大部分時(shí)間工作在局部負(fù)荷區(qū)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)速，并從風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性獲取風(fēng)功率值，便可計(jì)算出系統(tǒng)高壓壓力給定值。

對(duì)于液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)速取值范圍為4～13 m/s。當(dāng)并聯(lián)變量馬達(dá)處于并網(wǎng)狀態(tài)且風(fēng)速不變時(shí)，計(jì)算得出系統(tǒng)高壓壓力給定值如表2所示。

表2　高壓壓力參數(shù)設(shè)定

4.2仿真結(jié)果分析

圖8所示為風(fēng)速9 m/s時(shí)變量馬達(dá)2進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)前系統(tǒng)響應(yīng)仿真結(jié)果。在第10s將變量馬達(dá)2啟動(dòng)。

圖8　風(fēng)速9m/s時(shí)系統(tǒng)仿真結(jié)果

分析圖8的結(jié)果可知，當(dāng)風(fēng)速(定量泵轉(zhuǎn)速)不變，系統(tǒng)穩(wěn)定于某一狀態(tài)時(shí)，變量馬達(dá)2進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)前，變量馬達(dá)1保持穩(wěn)定的并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，變量馬達(dá)2轉(zhuǎn)速按要求提升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，并控制高壓壓力快速穩(wěn)定于恒值，確保系統(tǒng)不失穩(wěn)。

圖9、圖10所示為風(fēng)速6～9 m/s斜坡變化、(8+0.5sint)m/s正弦變化時(shí)變量馬達(dá)2進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)前系統(tǒng)響應(yīng)仿真結(jié)果。在第10s將變量馬達(dá)2啟動(dòng)。

圖9　風(fēng)速6～9 m/s斜坡變化時(shí)仿真結(jié)果

圖10　風(fēng)速(8+0.5sint)m/s正弦變化時(shí)仿真結(jié)果

分析圖9、圖10的結(jié)果可知,當(dāng)風(fēng)速(定量泵轉(zhuǎn)速)分別為斜坡變化、正弦變化時(shí),解耦控制方法均可實(shí)現(xiàn)變量馬達(dá)1在并網(wǎng)條件下、變量馬達(dá)2進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)前,對(duì)系統(tǒng)高壓壓力的穩(wěn)定控制,保證變量馬達(dá)2啟動(dòng)直至達(dá)到并網(wǎng)狀態(tài)，系統(tǒng)高壓壓力在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，滿足系統(tǒng)控制要求。

由圖8～圖10結(jié)果可以看出,當(dāng)風(fēng)速(定量泵轉(zhuǎn)速)按照上述情況變化時(shí),變量馬達(dá)1能夠在變量馬達(dá)2啟動(dòng)時(shí)迅速調(diào)整斜盤(pán)擺角，滿足并網(wǎng)的同步轉(zhuǎn)速要求，并且兩臺(tái)變量馬達(dá)能夠快速跟蹤風(fēng)速變化使系統(tǒng)的高壓壓力在變化過(guò)程中均只有小幅波動(dòng)并很快恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，保證并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)壓力的控制要求。同時(shí)，變量馬達(dá)2的轉(zhuǎn)速逐漸升高并穩(wěn)定到并網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速，此過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是定量泵流量的分流過(guò)程。仿真結(jié)果從理論上驗(yàn)證了定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法的有效性。

5　結(jié)論

(1)對(duì)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定量泵-雙并聯(lián)變量馬達(dá)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析,得到了第二臺(tái)變量馬達(dá)并網(wǎng)時(shí)，解決系統(tǒng)高壓壓力穩(wěn)定控制的解耦控制方法,抑制了兩臺(tái)變量馬達(dá)斜盤(pán)擺角變化時(shí)因互相耦合導(dǎo)致的系統(tǒng)高壓壓力波動(dòng)。

(2)采用并網(wǎng)前系統(tǒng)恒壓狀態(tài)下并聯(lián)馬達(dá)恒轉(zhuǎn)速控制策略，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)兩臺(tái)變量馬達(dá)的并網(wǎng)控制，可防止液壓系統(tǒng)失穩(wěn)，獲得良好的控制效果，從而保證了雙并聯(lián)變量馬達(dá)順利達(dá)到并網(wǎng)要求。

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(編輯蘇衛(wèi)國(guó))

Grid Connected Control in Fixed Displacement Pump-Parallel Variable Motor of Main Transmission System in Wind Turbine

Kong Xiangdong1,2Song Yu1,2Ai Chao1,2Wang Jing1,2

1.Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science(Yanshan University), Ministry of Education of China,Qinhuangdao,Hebei,066004 2.Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei,066004

A grid connected control method was presented herein,which was used in the main transmission system of the fixed displacement pump-double parallel variable motor in hydraulic wind turbine,namely when the first variable motor worked in the state of grid connected,another variable motor didn’t lose stability in startup under the constant pressure control method.The rotate speed coupling of the double parallel variable motor was eliminated with the principle of structure invariance,therefore,when another variable motor was post-launch,the grid connected synchronous rotate speed was controlled under the speed control method.Meanwhile,the grid connected control mathematical model was established,and simulation was conducted.With pressure and speed control,the fixed displacement pump rotate speed,the variable motor swashplate angle,the variable motor rotate speed and the system high pressure response characteristics in the process of grid connected were obtained under the condition of different wind speed (fixed-displacement pump rotate speed).The grid connected control method was verified in the fixed displacement pump-double parallel variable motor.This reserach lays a theoretical foundation to expand the hydraulic wind turbine in the applications of large and super large wind turbine.

wind power generation;fixed displacement pump-parallel variable motor; grid connected control; pressure control; speed control

2015-03-15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51475406;51405423;51375422)

TH137DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.16.015

孔祥東,男,1959年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)榱黧w傳動(dòng)及控制、液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等。發(fā)表論文180余篇。宋豫,男,1986年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。艾超,男,1982年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師、碩士研究生導(dǎo)師。王靜,女,1987年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。