王振宇 许增金 王梓涵

沈阳工业大学 辽宁沈阳 110000

不可再生能源大量开采，使资源总量大幅度下降，可再生资源的开发具有重要的意义，全球气候协议签约以后，可再生能源进入了快速发展阶段，可再生能源是通过可再生资源的能量回收所获得，我们能够从阳光中获得能量，也可以从风、潮汐等自然资源获得更多能量，其中从风中获得的风能是当前最有价值的，具备最成熟的利用技术，发展前景也很可观，能够有效解决全国能源需求。文章详细介绍了MW型风电机组原理，同时提出相关控制策略，系统研究风力机中机械液压混合传动关键技术等。从电机组机械液压混合传动系统进行研究，探索更适合风能的控制系统以及策略，最大限度地发挥风能的优势和价值。

1 MW型风电机组控制原理概述

当风速和切入风速大小存在差异时，只有前者大于后者，才能让风力发电机正常启动，进而对变桨和泵进行有效操控，确保能够为并网提供更便捷的条件。当实现并网后，必须采取措施控制风力机的速度，同时根据其实际情况的变化而调整转速。在实际工作中，额定风速与实际风速应保持一致，这样才能保证风力机的功率输出稳定。

详细分析机械液压MW型风电机组的具体特点，在现有的控制策略基础上，提出更新的控制策略。通过对风速与切入风速进行有效控制，当前者小于后者时，能够保持一种顺桨状态；当前者大于后者，一定程度上会加速风力机的转动，借助变桨与泵的情况进行相对控制，有效确保发电机的转速在一个合理的范围之内。在此基础上能够实现并网，在相关操作之后，对控制泵的变量进行合理控制，满足风力机的相关要求，进而最大限度地捕获风力机的实际功率。随后在分析叶轮转速的实际情况，考察其是否到达指定的额定转速，当到达一定标准后，再看风速与额定风速的关系，当前者大于后者，必须借助控制泵的作用，通过调节其中的排量来确保相关功率的稳定；当前者小于后者，风力机可以借助控制泵来控制叶轮的转速进而保证其能够在一定相对稳定的状态下。不仅如此，考虑采用变桨实现功率稳定，当风速大于切出风速时，桨叶顺桨，风力机停机。

2 MW型风电机组机械液压混合传动原理及机组的变速恒频控制

风电机组机械液压混合传动关键在于混合，其中涉及混合传动系统是较为重要的环节之一，借助液压能和机械能的作用进行能量传送。首先，借助叶轮控制系统获得充足的风能和机械能；其次，将其中的能量进行分流，其中一部分变成机械能，最后通过发电机的作用达到能量传递。

3 MW级风电机组机械液压混合传动系统模型分类

可再生能源能够对能源结构调整产生很大影响，同时有利于全球环境保护，为气候变化产生了一定的影响，推动我国社会可持续发展，为我国建设资源节约型社会奠定了坚实的基础。当前，风能是再生能源技术中最成熟的技术，也是应用最广泛的，下文针对风为机传动链展开一定的研究，详细分析混合传动风电机不同阶段适配的控制策略，针对此问题提出专业的理论分析，同时设计了相关模型和试验提高可行性。

为了保证研究的真实性和可操作性，本文选择专业的MW级风电机组建模来进行研究和分析，其中涉及以下几方面。

3.1 风速模型

对于风能而言，风速快慢很大程度上影响能源的分布，所以在研究风能的过程中必须对风速进行研究。而平均风速、斜坡值风速的稳定性、阵风分量和湍流分量是其中最重要的影响因素。平均风速主要借助风机额定功率和潮流计算的输出率进行计算。

3.2 叶轮模型

叶轮是获得风能的重要设备，叶轮是否正常运转决定风能是否能够达到一定的标准。而这需要由风轮进行控制和操作，当风轮转速正常，风力机一切指标均保持正常。在实际操作中可以通过调节风轮的转速来进行，进而确保能够满足一定的需求。

3.3 并网发电机模型

为了不断丰富能源结构，替代更多不可再生能源，电力发电也成为当前较为重要的技术之一，发电机的使用范围以及使用面不断扩大，使用次数也不断增加，如火力发电、水力发电、核能发电等。基于其重要性的日益凸显，同步电机并网发电也是当前重要发展方向，能够有效转化功率，电流及电机在正常调节过程中实现了功率的转化。

合并风力发电机具有很多优势，最突出的是不需要使用容量较大的变流器即可以完成相对应的工作任务。一方面，能够降低成本，避免浪费过多的人力物力财力；另一方面，变流器具有很复杂且不方便的操作流程，如果控制不到位，很可能产生严重的后果，不仅电能质量存在很大差异，而且电流总量琐事很严重。

4 MW型风电机组仿真策略分析

4.1 变速恒频控制结构分析

如果想实现风速并网必须符合一定的条件，当风速等其他因素得不到相关要求时则很难进行后续操作。变速恒频系统的存在主要用来控制发电机转速和同步转速，只有确保两者在比较接近的范围内，才可以达到合闸并网的要求。当达到这一要求后，电网系统内部的结果会出现不同，而叶轮能够进行跟踪分析，确保风速能够时刻保持合理。

4.2 机械液压混合传动功率分配及效率分析

机械液压混合传动通过发电机来进行工作，根据不同的传输渠道分为液压路传递和机械路传递，但二者占据的比重不同，前者比重较小，后者比重较大，这样能够提升混合系统的传递效率和速度，从整体上提升风力发电的水平。除此之外，在能量转化的过程中还有一部分能量主要借助液压形成，但是其所占据的比重较小。

5 MW级风电机组机械液压混合传动系统控制策略

5.1 并网控制策略

当实现并网时，发电机电压与电网电压必须保持相对稳定且峰值相同的状态，这样才能保证并网达到相对合理的要求。如果二者数值出现差距，发电机和电网产生的回路会带来一定的冲击电流，这种电流危害较大，会导致发电机故障或者电网损害等问题。通过对其中内容的分析，我们不难发现实现并网应该满足以下要求：

(1)电网与发电机的电压和相位应该保持一致；

(2)电压和发电机的有效值保持一致；

(3)电网与发电机的相序保持一致。

这三个要求必须同时满足，这样才能确保并网的顺利实现和完成。如果其中的任意一条未满足，很大程度上将会造成一定的风险。三个要求相比，第三条比较重要，二者的相序必须保持高度一致。而电压和有效值允许有一定的偏差，但是也必须保持在一定的范围内，这样才不会损害发电机和电网。当前比较流行的几种发电机中均含有变流器，首先通过调节其中的风力机变桨来实现转速的调节和控制，然后通过变流器使发电机和电网的指数达到规定要求，并网开关通过闭合装置来控制开关，实现并网的目的。

风电机组机械液压混合传动系统具有一定的特殊性。首先，借助变桨执行机构进行控制。其次，利用叶轮控制其中的转速。最后，控制器会对三个要求进行一一核查，确保条件符合完成并网操作。

传动系统的传动很大程度上取决于液压传动的传动比，其中的数值变化会造成整体情况的改变。基于此，在进行机械液压传动型风电机组并网的过程中，应进行如下操作：一方面，通过调整风速与切入风速的关系来进行，当前者大于后者，变桨执行机构进入正常状态时，能够让驱动叶片处于最佳角度。其次，在前期准备的基础上叶轮能够进行转动，根据桨叶节距角的实际来进行一定的改变，让叶轮尽可能地保持稳定。最后，对液压泵的排量进行移动的控制，进而确保发电机转速保持稳定。

5.2 最佳转速跟踪区控制策略

机械液压MW型风电机组与当前使用的发电机存在很大不同，针对最佳转速跟踪区控制策略的具体分析，主要从这三个方面展开详细研究，包括恒功率区控制策略、恒转速区控制策略及过渡阶段。根据该机械液压MW型风电机组的特点，本论文采用最佳转矩、转速曲线追踪法实现风力机最佳转速跟踪控制。依据叶轮的转速进而计算出目标转矩，在此基础上将目标转矩和实际转矩做差来比较，控制器进而调节液压泵量，闭环控制其转矩以及转速，通过一定的闭环控制追踪目标转矩。

5.3 恒转速区控制策略

对于恒转速区的控制，主要目标是为了确保叶轮转速能够稳定在额定转速，风速在持续升高的同时，叶轮转速也在随之升高，当叶轮转速到达额定转速的时候，将风速持续增大，确保叶轮转速能够保持在额定转速。此外，加上具有一定柔性的液压传动，很大程度上吸收了风速波动导致的转矩波动，为恒转速的控制提供了一定的保障。风速改变的时候驱动力矩也随之发生变化，液压转矩参与调节，进而维持一定的平衡。所以，通过液压泵一定的调节以后，能够维持风力机的转速恒定运行。

5.4 最佳转速跟踪区与恒转速区过渡阶段的控制策略

这两个阶段需要一个过渡，在过渡期间需要一定的控制，避免因为风力机出现转矩突变影响传动系统的性能和使用，在最佳转速跟踪区，风力越大，风力机的转速就随之越来越大，叶轮有了加速度，在恒转速区，风力机在随着风速加大而加速的同时，叶轮转速始终保持在额定转速上，叶轮不具有加速度。

本文在研究的过程中借助正余弦曲线来反映相关数据。在实际使用的过程中，当叶轮转速到达指定的额定转速后，能够对叶轮的加速度进行科学测量。在这种情形下，如果其中的风速继续保持上升状态，可以借助叶轮的加速度，选择相对合理的运行周期，将叶轮的转速设定为1/4周期。而当叶轮其中的转速达到一定的极点(正弦曲线最高点)时，借助此时的转速与额定转速，将叶轮转速控制在1/2周期之内。

5.5 恒功率区控制策略

风速和额定风速之间的关系也是需要控制的，风速大大超过额定风速时，发电功率也是很大程度上超过了额定功率，这时候就必须采用变桨的方式减弱风速，确保风电机组的使用寿命不被损坏或者减少。此外，液压传动系统具备柔性，风速如果过快的话，会带动转矩波动，液压传动此时能够吸收一定的波动，从而确保风电机的使用，也有利于加强其使用寿命。

详细分析风力机混合传动系统不同阶段的控制策略，混合传动系统的初步模型进行建立以后，详细分析系统中各个参数，在此基础上提出控制策略，包含功率分合流控制、转矩控制、变速控制等，进一步说明具体流程，进行一定的理论论证，最后通过相关数据信息绘制风电机组各方面工作情况，包括转速、机械液压转矩、系统相关排量等。

针对风电机组的具体过程中的各阶段控制原理进行详细分析，加上机械液压混合传动型风电机组的特点，总结出在各阶段风电机组对于风力机的具体控制策略，从而为实际试验提供理论参考。针对机械液压混合传动的相关内容进行了详细分析，总结出机械液压混合传动能够实现无级调速，此外也分析了其功率分流的具体情况。

本文研究内容包含诸多学科问题，从不同的学科内容出发解决风电机组机械液压混合传动系统中存在的问题，能够对相对应的问题提出具有针对性的解决方案以及措施，不断提升风力机自身的功率输出，尽可能地节约维修费用。

本文介绍了可再生能源的发展趋势以及发展前景，针对风能利用现状进一步进行相关研究，同时也对国内外风力机的传动系统进行了总结性分析，着重强调研究变速运行下风力运行相关技术，对于传统风电机组存在的不足之处，总结出一种新型风力机混合传动系统。本篇文章研究了风力机中电液控制齿轮箱，以供参考。