关键词：风力发电机组；液压系统；刹车机构应用
引言
随着全球经济的快速增长，人类对于能源的需求量也不断增加．科技的飞速发展导致以煤炭、石油为主的不可再生能源的过度消耗，环境污染以及资源短缺成为限制各个国家发展的主要问题，因此只有极力开发新能源，才能实现可持续发展目标．新能源的开发及利用不仅能作为不可再生能源的补充，并且可以显著减少对环境的污染．因此，风能作为一种清洁无污染取之不尽用之不竭的绿色可再生能源受到各个国家的高度重视．我国是一个风能资源比较丰富的国家，但是目前风电企业仍然以引进国外先进技术为主，自主研发力量不足，影响了我国风电行业的发展．目前风力发电机组主要配置为增速齿轮箱－双馈发电机系统．但这种系统存在一些问题，增速齿轮箱－双馈发电机系统中由于装备了增速齿轮箱，使系统故障率增加，而且成本较高，质量大，不易于运输、吊装，维修不方便，造成维护成本增加．齿轮箱和双绕组的存在容易产生摩擦损耗，降低了系统效率和系统可靠性．又由于使用了变频器，对转速范围有一定的限制，而且大多数系统控制回路复杂，维护成本高．为了解决升速齿轮箱故障高的问题，永磁直驱发电机技术应运而生，但该配置依旧需要变流器和变压器，低电压穿越故障依旧存在．永磁直驱系统还有诸多问题：用铜量大，直驱电动机转动惯量大，在三、四类风场启动困难，仍需要逆变器等电力电子器件，低电压穿越问题依旧存在．上述两种系统的控制系统传动系统和发电机都安装在塔架上增加了塔架的重量，且需要预留维护空间，造成风力发电机塔架结构庞大，塔架制造成本高，另一方面对设备维护修理不方便，维护费用很高．
1液压传动型风力发电机组原理
为了消除齿轮箱及整流逆变器给风力发电机组带来的不利影响，国内外学者提出了多种形式的液压传动型风力发电机组。液压传动型风力发电机组包括风力机、定量泵—变量马达（或变量泵—定量马达）、液压回路、液压传动控制系统、同步发电机、并网控制系统、调桨系统、偏航系统、刹车安全系统等。液压传动型风力发电机组与传统风力发电机组的主要不同点在于将原来的刚性传动改为柔性传输，降低了前端风资源波动对发电机的冲击。另外，液压传动系统通过控制变量马达的排量可以实现无级变速，实时调整发电机的转速，使其输出的电能可达到直接并网的要求，省去了整流逆变器，从源头上消除了谐波对电网的影响。液压传动型风力发电机组运行机理为：风轮将捕获的风能传递给液压泵，液压泵将机械能转化为液压能，流体的能量经高压油路传递后，由液压马达将液压能转换为机械能带动发电机输出电能。
2维护与保养
2.1液压在风力发电技术中的应用
风能主要是贝兹理论的利用。风力发电设备是把空气动力学、机械以及控制等多方面的技术的集成。自新世纪石油危机以来，发达国家加快了对风力发电的研究，风电技术日益成熟，风力发设备也越来越大。由于体积十分庞大，就要求在发电过程中系统拥有大功率输出，精度控制可靠，占用空间小的特点。因此液压系统在风电中得到广泛应用。由于风速的增加，发电机组的叶片转速也会增大，这就需要可靠的制动系统，以免发生火灾或功率过大烧毁机组。
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2.2主轴刹车系统
当前风力发电过程中，多数的风电机组都积极使用了刹车卡钳，将其安装在了高速轴之中，这主要是因为在低速轴安装液压卡钳将会对刹车的力矩有所增大。在变桨距风电机组之中，积极使用刹车系统，这其中都是使用了一个液压卡钳。风电机组运行的过程中，启动液压泵，这时候将电磁换向阀通电，这时候，在单向阀的作用下，高压油将能够进入到液压缸的有杆腔之中。这样，当刹车的弹簧力和液压缸另侧的液压力小于供油压力的时候，活塞杆将会向着缸里运动。通常情况下，液压系统本身的压力，需要有蓄能器作为支持，同样还需要有液压元器件作为支撑，这时候其需要具有良好的密封性，液压系统本身需要保持着12小时以上的保压时间，减少液压泵频繁启动情况的出现，这样将能够有效维持液压系统的使用寿命，更好的发挥液压系统本身的作用和优势。需要注意的是，当风电机组出现超速急停的时候，需要停止液压泵的工作，积极发挥液压刹车卡钳的作用，实现刹车的目的。
2.3大容量、高效率液压泵（马达）
当前风力机的设计使用寿命为20年，而现在液压泵（马达）的使用寿命根本达不到这个时间，并且可靠性不高。对于容积式泵（马达），由于存在滑靴斜盘泄漏损失和配流盘摩擦损失，在低速和小流量工况下运转时效率很低。此外，兆瓦级风机所需要的的功率和转矩范围内的泵和电动机在市场上是买不到，需要重新对其进行优化设计。液压泵（马达）实现全工况下高效率运行，需去掉传统滑靴和配流盘，改用阀配流结构，即数字泵（马达）技术。
2.4驱动系统
驱动系统，在风力发电机的运转过程中，占据十分重要的地位，将会直接影响到整个发电工作的实施效果。在风力发电机之中的驱动系统，主要是包含了制动系统和机舱偏转器的回转控制系统，这些系统采用良好的液压技术作为支撑，能够积极开展相应工作。在使用液压技术的过程中，当前世界上很多学者还存在着一定的争议，需要针对风力发电机的实际情况，积极采用合适的技术，选择液压技术能够取得良好的效果，同时还需要看其是否能够和其他系统技术起到良好的配合作用。
2.5最大功率追踪控制技术
风力发电机组在部分负荷区、额定负荷区和超负荷区均需要对其进行功率控制，当风速低于额定风速时追踪最大风能利用曲线，以获得最大能量；在额定风速时维持系统最佳工况运行；高于额定风速时调节风机叶片的节距角，限制功率输出，使风机安全、高效地输出电能。在风机的整个生命周期内，大部分时间都运行在部分负荷区，风力发电机组需最大限度的吸收风能，液压传动系统功率控制是风力发电机组最优功率追踪的基础。
结语
新型液压传动风力发电机组以独特的优势可以弥补当前主流风力发电机组的缺陷，是未来风力发电机组的一个发展方向。然而，任何一项新技术从实验室开发到工程应用都需要攻坚克难，解决出现的一个个问题，液压型发电机组也不例外，要实现其大量应用，需要解决多项技术难题，例如，发电机转速控制技术、功率最优追踪技术、高效液压泵（马达）技术，还有，相较于传统风电机组，液压型风力发电机组集成度高、可控量减少，因此对其控制系统的精度和响应特性提出了更高的要求。
参考文献
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论文作者:董临治
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
标签：液压论文; 齿轮箱论文; 系统论文; 液压泵论文; 马达论文; 机组论文; 技术论文; 《中国电业》2019年 23期论文;