基于液压传动的潮流能发电装置及其变桨距机构研究论文.pdfVIP

中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集 基于液压传动的潮流能发电装置及其变桨距机构研究 刘宏伟，李伟，林勇刚，马舜 (浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江省杭州市310027) 摘要：能量稳定是潮流能发电装置的关键技术问题，通过液压传动方案的“削峰填谷”作用可以使能量 在传动中就获得相对稳定，同时利用液压传动响应快、出力大的特点可以形成液压式变桨距机构从而 实现大于额定流速时的功率调节。本文对20kW级液压式能量传动方案及变桨距机构进行了设计，并 对其进行了部分仿真及厂内试验研究，结果表明系统达到设计要求。 关键词：潮流能；液压传动；变桨距；电液比例 中图分类号：TM619；TK73 0前言 潮流能是一种具有含量丰富的可再生能源，近年来获得了国内外极大的重视，开发利 用潮流能的意义及重要性不言而喻。近十年来它的开发利用在世界范围内取得了较大的进 步，各式各样的潮流能转换装置处于示范性项目阶段，其中多数集中在欧洲和北美，比较 重力式并网型样机，意大利的130kW垂直轴式Kobold涡轮样机等【1。31。 尽管如此，潮流能发电装置要想实现长时间可靠运行，还有许多关键技术问题有等解 决，重要问题之一就是能量的稳定输出。由于水的密度大，流速的稍微波动就会引起能量 的极大变化，针对这一问题，目前采用的办法是，离网型机组采用蓄电池作为过渡环节， 而并网型机组则采用电力电子技术实现机组的并网，由大电网来包容能量的波动；本文拟 研究通过液压传动技术实现能量的稳定传递。另一个问题就是大流速下的功率稳定及转速 控制。受机组机械强度及电气强度的限制，在大流速下(通过大于额定流速)，需要对机 组的功率及叶轮转速进行调节，目前惯用的手段就是变桨距技术，本文也将对此进行研究。 浙江大学于2004年开始了水平轴式的潮流能发电系统的研究。目前为止已成功研发 kW半直驱独立运行式样机【4．51。随后开展 并在实际海况下试验了5kW原理性样机及25 了液压式变速变桨潮流能发电系统的研究。本文针对20kW级液压式水平轴潮流能发电 系统，对其液压式能量传动系统及液压式变桨距系统的设计及其试验进行详细介绍。 2液压式能量传动系统研究 中目可#生能源学舍簿洋能专n委员会第=月学术¨论会论文集 2．1传动系统设计 目前常用的传动系统方案基本L沿用了M力机传动技术，包括齿轮箱传动、直驱／半 直驱传动及液压传动三种方式。齿轮箱传动是应用最广的方式，但由丁这种能源装备扭矩 波动剧烈，所以齿轮箱损坏问题可能会比较突出，如何提高齿轮箱的可靠性已成为该领域 学者和机械1二程师日益关注并致力于研究的课题。对于直驱的传动方式来讲，叶轮与电机 直接耦合(无齿轮箱)，叶轮转速低导致直驱电机的极对数过多，电机体积庞大总量重， 不仅成本高昂，而目重量重，不易于吊装。2005年德国Voith 系统，首次在风力机上以液压传递方式代替齿轮传动。2006年德崮DeWind公司也采用 rvlw DeWindD8 6MW 馥技术，成功应用在2 2型机组上，并计划到2013年全部应用到其2 NationalRenewabel 机组【6】。美国国家町再生能源实验室(US Energy 技术纳_入WinPACT(Wind PartnershipsforAdvancedComponentTechnologies)研究计划【7】。 液压式能量传动方式除应具备齿轮箱传动的增速功能外，还要实现能量的“削峰填谷” 作用，减小中高频能量的变化．如图1所示为设计的20kW级潮流能发电装置液压式能 量传动系统。 1够，，。十 I旷兽： l T+幅1 b～、斟搠l fj了一。斧 I?蝌 !一各一一兰—-_ 圈1液压式能量传动系统矩理图 圈