新型无级增速式风力发电系统及其功率控制技术

 申报人
殷秀兴 (机械工程学院)
 成果简介
现有的风力发电机组常采用固定传动比的齿轮箱结构,但因齿轮箱传动比和转速无法变速调节,导致该型机组的运行范围受限,整体效率偏低,且较难获得进一步地提升。 采用无级变速技术有利于提高风电系统的整体效率,但现有的无级变速技术多基于液压、液力式传动,且具有传动效率偏低、元件适用性较差、响应性较慢、功率容量较小、调速精度和范围较差等缺点。 鉴于此,提出并设计了无级增速型风力发电系统,将可平滑调速的浸油滑模盘组件高度集成到齿轮箱中,构成可控的无级增速型齿轮箱,并通过电液伺服控制实现系统主轴的直接无级增速运行。滑模盘组件由一系列并排设计的外圆形旋转式的滑膜盘构成,分为主动和被动滑膜盘。滑膜盘之间充满高粘度的压力油,通过油液粘度的剪切效应传递来自风轮的转矩,并经电液伺服控制,改变压力油膜的厚度来连续地调节齿轮箱输出转矩,并因此实现增速箱速比和主轴转速的无级调控。 针对该系统的特点,提出了全风速范围内的一整套系统功率管理和控制的策略,并分高风速和低风速两类情况,分析并验证了控制策略的有效性。同时,针对该系统变桨距的实际特点,提出了更加高效的比例阀控马达和电液数字马达变桨距控制技术,以便从根本上稳定系统输出功率,并验证了此变桨距控制技术的高效性。 该新型系统具有更多的控制自由度,可实现风轮和发电机之间的高度解耦,并能实现各种复杂风况下的系统功率和转速的高效、独立调控,有助于大幅提升风电并网功率的整体效率和稳定性。同时,该系统具有结构紧凑、可靠性高、功率容量大、耐久性强等优势,有利于产业化和规模化应用,具有较强的商业化潜力。 目前,该成果已获得国家发明专利授权,且已经在国际权威期刊《Renewable Energy》,《IEEE Transactions on Sustainable Energy》和《IEEE Transactions on Energy Conversion》等正式发表十余篇相关研究论文,并获得广泛关注,累计引用近上百次。
 申报人微介绍

团队现有博士生1名,硕士生2名,主要致力于风力发电系统的控制技术研究,具有工业现场的实践经验。团队创造性地提出并设计的无级增速型风力发电系统及其功率控制技术,为连续变速型风电系统的研究指明了方向,并具有良好的大规模、产业化应用价值。团队近年来共发表SCI/EI期刊论文26篇,SCI期刊英文16篇,2015年发表SCI期刊论文12篇,JCR一区和Top期刊论文11篇,影响因子总和超过50。发表EI期刊论文10篇,已公开/授权国家发明专利5项。

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评选办法
为充分调动我校学生学术科研积极性,鼓励学生开展跨学科交流与研究,营造浓厚的校园学术氛围,增强学生学术创新意识,提高学生学术科研水平,提升学生学术自信,校学生会、研究生会、博士生会、校学术委员会、党委宣传部、党委学工部、党委研工部、校团委联合举办“启真杯”浙江大学2015年度学生十大学术新成果评选活动......[详细]