2016年1月
第44卷第2期
机床与液压
MACHINETOOL&HYDRAULICS
D0I: 10.3969/j.issn. 10013881.2016. 02. 025
垂直轴风力发电机液压传动与控制关键技术研究
张立军，张明明，胡义娥
（1.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛266580；
2.青岛东华士智能装备有限公司，山东青岛266580）
Jan.2016 Vol. 44 No. 2
摘要：提出多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术。以电动机模拟风轮，建立了液压系统原理图，并解决了内曲线马达自吸能力差、两路高效合流困难等问题。实验结果表明：系统能够输出（50±0.2）Hz的、满足并网要求的近似恒频的交流电
关键词：垂直轴风力发电机；液压传动与控制；恒频；高效合流
中图分类号：TK83文献标志码：B文章编号：1001-3881（2016）2-082-2
StudyonKeyTechnologiesofHydraulicDriveandControlfor
Vertical-axisWind-driven Generator ZHANG Lijun', ZHANG Mingming", HU Yi'e
(1. College of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580,
China; 2. Qingdao Donghuashi Intelligent Equipment Co., Ltd., Qingdao Shandong 266580, China)
Abstract : The hydraulic constant frequency generator technology of tower-type muti-stage vertical-axis wind-driven generator was proposed. The hydraulic system principle diagram was built by substituting motor for wind wheel, and some problems, such as poor self-suction capability and difficult high-efficient confluence were solved. The experimental results show that the system can output(50 ± 0. 2) Hz constant frequency AC, which can meet the requirements of utility grid connect.
Keywords: Vertical-axis wind-driven generator; Hydraulic drive and control; Constant frequency; High-efficient confluence
目前的垂直轴风力发电机由于存在能接收来自任何方向的风、无须对风，以及增速齿轮箱和发电机能安装在地面上、维修方便等优点而逐步被重视1-2]。但目前的垂直轴风力发电机存在如下不足：（1）自动启动能力差，且过速时的速度控制困难。（2）独立运行的风力发电系统所发出的电，其电压和频率是一直在变化的非标准交流电，而且风能是随机波动的，不可能与负载的需求相匹配，需要用储能装置来储存这些风电，储存装置所储存的电能为直流电，但目前绝大多数用电器和动力机械均需标准交流电，因此，风电系统中均设计有能实现直流转换成交流、且复杂昂贵的逆变器。（3）风机转速相对较低，而对应发电机转速要求较高，在风轮与发电机之间需要齿轮增速箱。一级垂直轴风机的齿轮增速箱虽然可以放在地面上，但其体积笨重、价格昂贵[3]；当采用不同高度的风轮时仍存在安装不方便等问题。（4）比较大型的垂直轴风机中的发电机都是永磁式的，价格比普通发电机贵很多。（5）多组大型风力发电机的占
收稿日期：2014-11-07
地面积比较大。以上这些不足限制了垂直轴风力发电机的规模化发展。为此，文中提出了多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术。研究了两级风轮（用电动机模拟）与配套普通交流发电机之间的液压传动与控制系统，提出了解决升力型风机自启动能力差和对应发电机输出恒频电难的方法，提高了风能利用率和人网发电的稳定性与便捷性。
多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术
实践证实，风轮每抬高50m，上50m处风轮的
发电功率是下50m处风轮发电功率的2借，即上50 m处的平均风速为下50m处平均风速的1.26倍。基于这个实践，提出了多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术，其原理示意图如图1所示。将在不同高度上的风力机风轮组（2个以上）产生的能量收集到一起，共同转换成液压能来驱动一台或多台功率不等的交流发电机，这能吸收较多的风能，提高风能利用率，并使整体结构在空间上布局灵活，安装维修更加方便，塔架结构更加简化。
基金项目：青岛开发区科技计划项目（2014-1-47；2014-1-20）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（14CX02069A；
12CX02009A）
作者简介：张立军（1977一），男，博士，副教授，主要从事风力发电液压系统设计和仿真方面的教学和科研工作。E
mail：zlj-2@163.com。