液压增速传动风力发电恒频控制研究

以液压型风力发电机组为对象,针对低速定量泵-高速变量马达增速传动闭式回路系统,阐释液压型风力发电机组工作原理,建立定量泵-变量马达主传动系统数学模型,搭建了37 kW液压风力发电试验平台,在系统恒流源控制基础上,应用PID控制器补偿斜盘摆角方法,分析了液压增速传动变速恒频系统的马达转速特性以及控制方法的抗干扰性能。研究表明,定量泵-变量马达液压增速传动控制系统能实现电励磁同步发电机转速稳定控制。     

液驱混合动力车辆能量回收系统关键问题研究

液驱混合动力车辆通过双向液压变量马达排量的改变,将车辆的制动能储存在液压蓄能器中.因此,有必要对双向液压变量马达排量控制机构的响应特性和蓄能器在储能及放能过程中的能量损耗进行研究.建立了排量控制机构的模型,并通过实验得到了关键元件高速开关阀的所需参数,分析了影响响应特性的因素;建立了蓄能器与连接管路的数学模型,对储能和放能过程中的能量损耗影响因素进行了分析.所得结论对液驱混合动力车辆的设计和动态特性分析具有参考意义.     

定流网络二次调节液压系统

提出一种新结构的二次调节液压系统,将传统定压网络二次调节系统中各变量马达的输入和输出端相互串联后接到定量泵的两端,使得通过各变量马达的流量基本上等于泵的输出流量,从而构成了定流网络二次调节系统。在此基础上,提出了可大幅提高该系统低速性能的高速开关型定流网络二次调节系统结构,并进行了相应的理论分析和仿真研究。结果表明,定流网络二次调节系统保持了定压网络二次调节系统的高效率、能量可回收等优点,且大幅简化了系统结构,最大限度地降低了节流损失,达到最佳节能效果。     

RBF neural network based PI pitch controller for a class of 5-MW wind turbines using particle swarm optimization algorithm

In order to control the pitch angle of blades in wind turbines, commonly the proportional and integral (PI) controller due to its simplicity and industrial usability is employed. The neural networks and evolutionary algorithms are tools that provide a suitable ground to determine the optimal PI gains. In this paper, a radial basis function (RBF) neural network based PI controller is proposed for collective pitch control (CPC) of a 5-MW wind turbine. In order to provide an optimal dataset to train the RBF neural network, particle swarm optimization (PSO) evolutionary algorithm is used. The proposed method does not need the complexities, nonlinearities and uncertainties of the system under control. The simulation results show that the proposed controller has satisfactory performance.     

MW级变速恒频风力发电机组电液变桨距系统的研究

变桨距系统是风力发电机控制的关键技术之一。在国内外研究的基础上提出一种新型的变桨距系统,该系统采用液压变桨距机构来实现桨距角的改变。在安全液压缸和控制液压缸的共同作用下,该套系统相对其他变桨距机构更具有变桨力矩大、变桨精度高、易于控制、叶片振动小等优点。     

泵控马达液压调速系统负载扰动补偿控制

以泵控马达调速系统为研究对象,建立定量泵-变量马达调速系统数学模型。针对系统负载扰动的随机不可控性,提出了负载扰动补偿控制方法。通过负载扰动观测,依据系统结构不变性原理实时补偿变量马达摆角,实现系统的转速控制。通过燕山大学泵控马达实验平台对所提出的负载扰动补偿控制方法进行仿真与实验研究。仿真和实验结果表明所提出控制方法提高了系统的鲁棒性和控制性能,具有较高的控制精度。     

基于模糊控制的风机电动变桨距系统仿真

在介绍风力发电机电动变桨距系统的基础上,以实现对桨距角变化的精确控制为目的,对电动变桨距系统进行设计并提出对变桨距系统控制器的设计.针对风力发电系统的非线性、时变和强耦合的特点,将模糊控制引入到变桨距控制中,在高于额定风速的情况下,根据主控制器由风速变化计算出的桨距角变化量,调节桨叶的位置.最后利用Simulink构建...     

基于LUDV系统纯电驱液压挖掘机能耗特性分析

为克服发动机效率低、污染严重、调速性能差的问题,提出了一种基于LUDV系统和变频电机的液压挖掘机系统方案。建立了液压系统、机械结构及变频电机的仿真模型,以及电动液压挖掘机的联合仿真模型。采用变频电机与变量泵复合控制方法,设定电动液压挖掘机“泵排量目标值”（“泵排量目标值”是液压泵目标排量值与液压泵最大排量的比值,是液压泵实际排量的控制目标,不是将液压泵的排量固定在某个数值）分别为0.9、0.7、0.5。研究表明,随着“泵排量目标值”的减小,电机转速提高,耗电量减小;当“泵排量目标值”减小到某个值时,耗电量不会随着“泵排量目标值”的减小而降低,耗电量达到最小值。     

风力机定量泵-并联变量马达主传动系统并网控制

提出了液压型风力发电机组定量泵-双并联变量马达主传动系统并网的控制方法,即当首台变量马达处于并网状态时采用恒压控制方法实现下一台变量马达启动时系统不失稳,并采用结构不变性原理对双并联变量马达速度耦合进行解耦,当下一台变量马达启动后采用转速控制方法实现并网同步转速控制;建立了系统并网控制的数学模型,并进行了仿真研究,得到了不同风速(定量泵转速)条件下系统采用压力与转速控制的并网过程中定量泵转速、变量马达斜盘摆角、变量马达转速、系统高压压力的响应特性,验证了定量泵-双并联变量马达系统并网控制方法的有效性,为拓展液压型风力发电机组在大型及超大型机型中的应用奠定了理论基础。     

基于PLC的风力机变桨距控制系统研究

设计了一种以西门子S7-300系列PLC为中心控制器的液压变桨距控制系统,而且为了实现功率的平稳调节引入了转子电流控制器。通过软、硬件的设计,较理想地实现了风力机的液压变桨距控制。     

伺服泵的电动变量机构

针对一体化电动静液作动器(Electro-hydrostatic actuator,EHA)中电动机转速与泵排量双变量控制的需要,设计了一种电动变量伺服泵,利用电动变量机构来改变泵的排量,取代传统伺服变量泵中的液压伺服机构。对变量泵变量机构驱动力矩进行了分析计算,选用直流伺服电动机作为变量机构执行单元,通过减速机构和扇形齿轮直接驱动斜盘的摆动轴,改变斜盘倾角从而实现变排量,并设计了基于DSP的数字伺服控制器。建立其数学模型, 进行了仿真分析,仿真结果表明伺服泵输出排量可实现无超调的快速调节,调节时间和小信号下的频响均达到了设计要求。     

自抗扰控制技术在风电变桨控制系统中的应用

研究了自抗扰控制技术在风力发电变桨距控制系统中的应用。首先介绍了风力发电机组的机理模型,然后介绍了自抗扰控制的基本原理。最后,设计了自抗扰控制器,并介绍了其参数整定方法,并应用在了风力发电的变桨距控制系统中。仿真结果表明这种方法可以有效抑制随机风扰动下电机转速偏差,实现恒功率控制。     

新型变排量外啮合齿轮泵流量特性研究

齿轮泵具有结构紧凑、体积小、转速范围大和耐冲击性能强等优点,作为动力元件广泛应用于液压系统。然而,与柱塞泵和叶片泵相比,齿轮泵难以实现变量控制,限制了其应用范围。为此,提出一种变滑块位置-困油区域的齿轮泵变量方式。对变量齿轮泵进行理论分析,通过联合仿真和流场可视化仿真详细分析变量齿轮泵的特性;建立试验台对理论和仿真结果进行了验证。研究结果表明,通过改变变量模块位置,调整困油区域,齿轮泵排量可在88%~100%变化;研究工作将齿轮泵的变量设计提供帮助。     

风力发电机组液压变桨机构运动与强度分析

将各个构件的Solidworks实体模型导入ANSYS中,生成柔性体模态中性文件,将该柔性体导入ADAMS中替换原有的刚性体,建立变桨机构的刚柔混合体模型。利用ADAMS对风力发电机组变桨机构的模型进行变桨精度分析,发现实际变桨速度和角位移与理论值有一定误差,提出了在桨叶盘上增设位置传感器,利用传感器发出的信号控制液压缸动作,对变桨误差进行补偿;将运动仿真过程中产生的零件载荷文件,导入ANSYS中,对关键零件进行强度分析,指出了各零件易破坏位置与最大应力位置,设计时应注意保护。     

Fatigue life evaluation of pinion gears for the reliability of pitch systems in wind turbines

The recent development in the eco-friendly energy industry has motivated many researchers to focus on wind turbines. The advancement of wind turbine technology is in accordance with the trends in the last century. Pitch systems, which comprise wind turbines, have a high failure rate. However, the fatigue life of pitch systems has not been sufficiently studied. A pitch system, which greatly affects the power generation efficiency of a wind turbine, consists of a motor, a gearbox, and a pinion. In this work, a fatigue life analysis of a pinion is performed to improve the durability of pitch systems. Frequent changes in rotation are unique to a pitch system in operation. When an impact load exists at an inverse turn, the stress generated from the impact load is the dominant factor to consider in evaluating the fatigue life of a pinion. The stress history at the gear tooth is determined through a finite element simulation. The cumulative damage fraction is calculated via rainflow cycle counting on the basis of the Goodman relation and Miner’s rule. Therefore, we propose a method for evaluating the fatigue life of a pinion, which considers the effect of an impact load. A conservative design of pitch systems is needed to ensure the reliability of wind turbines under an impact load.

     

多圆柱齿轮液压马达的性能

针对普通单对圆柱齿轮液压马达单位体积排量小、排量脉动率大、低速稳定性差的缺点,对多圆柱齿轮液压马达的性能指标进行理论研究与探讨.通过分析多圆柱齿轮液压马达的工作原理与结构特点,得到多圆柱齿轮液压马达的构成形式,推导该类型液压马达的排量、单位体积排量及排量脉动率等主要性能指标的计算公式.分析各齿轮齿数的选取对多圆柱齿轮液压马达排量、排量脉动率的影响,得出提高多圆柱齿轮液压马达单位体积排量及降低多圆柱齿轮液压马达排量脉动率的各齿轮齿数的选取方法,并给出在保证多圆柱齿轮液压马达密封可靠性前提下中心齿轮齿数应满足的条件.通过设计计算实例,比较在相同排量及相同齿轮宽度条件下,多圆柱齿轮液压马达与普通单对圆柱齿轮液压马达的具体性能指标,验证了多圆柱齿轮液压马达具有单位体积排量大、脉动率小等优点.     

Performances of a balanced hydraulic motor with planetary gear train

The current research of a balanced hydraulic motor focuses on the characteristics of the motor with three planet gears.References of a balanced hydraulic motor with more than three planet gears are hardly found.In order to study the characteristics of a balanced hydraulic motor with planetary gear train that includes more than three planet gears,on the basis of analysis of the structure and working principle of a balanced hydraulic motor with planetary gear train,formulas are deduced for calculating the hydraulic motor’s primary performance indexes such as displacement,unit volume displacement,flowrate fluctuation ratio,etc.Influences of the gears’ tooth number on displacement and flowrate characteristics are analyzed.In order to guarantee the reliability of sealing capability,the necessary conditions that tooth number of the sun gear and the planet gears should satisfy are discussed.Selecting large unit volume displacement and small displacement fluctuation ratio as designing objectives,a balanced hydraulic motor with three planet gears and a common gear motor are designed under the conditions of same displacement,tooth addendum coefficien and clearance coefficient.By comparing the unit volume displacement and fluctuation ratio of the two motors,it can be seen that the balanced hydraulic motor with planetary gear train has the advantages of smaller fluctuation ratio and larger unit volume displacement.The results provide theoretical basis for choosing gear tooth-number of this kind of hydraulic motor.     

液压型风力发电机组的转速和转矩解耦控制

以液压型风力发电机组为研究对象,输出高质量电能为研究目标,针对机组存在的转速和转矩解耦问题展开研究。建立定量泵-变量马达液压传动系统数学模型。从液压传动系统出发,探究影响机组电能输出质量的关键因素,分析该多输入-多输出系统存在的耦合问题,并采用前馈解耦补偿控制方法解耦。分析变量马达和比例节流阀对液压系统输出转速与转矩的控制规律,得到基于高电能质量控制的转速和转矩解耦控制器。以30kVA液压型风力发电机组半物理仿真实验台为基础,针对提出的控制方法展开研究。仿真和实验结果表明：液压型风力发电机组输出的转速和转矩实现了解耦控制,有效地实现了液压传动系统的稳速控制和传输功率波动的平滑控制。研究结果为液压型风力发电机组高质量电能输出控制和电网友好性能提高奠定了基础。     

纵向变位HRH齿轮等高成形法制式设计

研究了准双曲面齿轮的节锥和轮齿收缩的形成与演变规律,分析了刀盘半径、齿根角、节锥等参数之间的耦合关系。根据节点纵向变位原理,提出了等高成形法高减比准双曲面(High reduction hypoid, HRH)齿轮的制式设计方法;通过纵向变位系数和刀盘半径的恰当匹配,确定了适合等高成形法HRH齿轮的节锥角、齿根角的几何可行域,其中等径刀盘设计为工程应用提供了便利。给出了3种HRH齿轮等高成形法的几何制式设计样例,完成了3∶60、1∶60两种HRH齿轮加工、滚检与动态性能试验,试验所设计HRH齿轮齿形与啮合关系正确,接触性能良好。证明了所提出的纵向变位HRH齿轮等高成形法设计方法的可行性。     

Closed Hydraulic System for a Wind Turbine

Russian Engineering Research - An algorithm is proposed for calculating a closed hydraulic system consisting of a pump and a hydraulic motor. As an example, the hydraulic system of a wind turbine...