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针对液压主传动链中定量泵的最优控制设计

由于状态空间数学模型理论推导需要,现针对液压主传动链做如下假设条件:

(1)风力机与ca88会员登录直接刚性连接,假设风力机转速和定量泵转速相同。

(2)建模过程中认为定量泵、变量马达的机械效率为定值;

(3)液压系统连接管道尽可能短,忽略水泵管道中压力损失;

(4)系统定量泵和变量马达的泄漏系数(考虑内泄露和外泄露)、粘性阻尼系数和油液的弹性模量为常数;

(5)假设系统低压端口与大气相通,压力为零,因此定量泵与变量马达出口的压力差等于高压端口处压力;

(6)风力机并网后变量马达被电网拖住转速,此时变量马达不再作为系统的状态变量

液压型风力发电机并网发电以后,需要实现最佳功率追踪的功能,即控制系统在相应风速下吸收最大风功率。风力机功率特性曲线和转矩特性曲线如图1所示。从图中可知,在任一给定风速条件,输出的功率随着风机的转速变化而变化,同样,风机的扭矩也随转速的变化而变化。当扭矩达到最佳扭矩点时,功率同样达到最佳功率点,风机输出最佳功率。因此水泵最佳功率点与最佳扭矩点是统一的。

图1:反馈线性化方法求解系统控制律流程图

反馈线性化方法求解系统控制律流程图

结合风力机功率和转矩特性曲线可知,在任一风速下,风力机输出的最佳功率、液压系统的最佳转矩以及风力机的最佳转速(最佳定量泵转速)一一对应,即在任一给定风速条件下(额定风速以下),当风机达到最佳转速点时,风力机输出功率达到最大值,此时液压系统的转矩也达到最佳值。

表1:仿真平台液压传动系统参数表

符号

名称

数值

单位

BP

定量泵粘性阻尼系数

0.4

Nms/rad

D

定量泵排量

1x10-5

m3/rad

风力机折合到定量泵的转动惯量

400

kg/m3

K

变量马达排量梯度

5.36x10-6

m3/rad

Bm

变量马达粘性阻尼系数

0.0345

N-m-s/rad

J

m

变量马达与发电机总的转动惯量

0.462

kg/m3

P

油液体积弹性模量

743x106

Pa

C

系统总的泄漏系数

6.2x10-12

m3/(s.Pa)

V

高压腔总容积

2.8x10-3

m3

Pr

风力机额定功率

24

kW

Vr

风力机额定风速

13

m/s

D

风力机总成直径

7.48

m

Cpmax

最大风能利用系数

0.4496

-

pt

最佳叶尖速比

22.77

-

r

额定转速

762

r/min

在给定可变阶跃风速条件下,风力机系统各状态量随风速变化,且变化趋势一致。风力机输入功率、输入转矩、定量泵转速、液压系统扭矩、高压压力以及发电功率随着风速的增加而增加,随着风速的减小而减小,并最终处于稳定状态。扭矩的变化从开始稍有滞后是因为风力机启动自身带来的延迟所致。

在给定的自然风速条件下,风力机输出功率与输出转矩是波动的,且与给定风速的变化趋势保持一致。通过ca88手机版厂设计的控制器进行控制时,定量泵转速、液压系统的扭矩、压力和功率曲线变化平稳且平滑。

通过给定系统不同的风速信号得到的系统响应曲线可以看出,本文设计的功率追踪及功率平滑最优控制器能够满足在不同风工况条件下的系统要求,保证了在功率追踪的基础上达到功率平滑的效果,优化了系统功率,提高了电能质量。

本文采用的是阀控液压马达调桨系统。此系统采用比例阀控制低速大扭矩马达转动,控制马达的转速和位置。在本研究中选用高性能比例四通阀,中位零遮盖。为方便计算,假设高频响比例阀的节流窗口是匹配对称的,理想滑阀作为阀芯,径向间隙为零;且系统中泵出口压力及为定值,油箱与大气相通,回油压力为零。

液压固有频率和马达排量、体积弹性模量、负载转动惯量以油液总压缩体积相关。其本质反映了液压马达的响应速度。液压系统固有频率越大,马达响应速度越快。增大系统体积弹性模量、减小负载转动惯量,能使系统固有频率增大;反之,系统固有频率减小。在马达排量变大条件下,油液压缩体积会变大,但系统的固有频率变化却不确定。

一般液压系统是一个柔性系统,因此阻尼比较低,所以ca88手机版厂建议通过下面的方法来提高阻尼比系数。

1、适当增大系统体积弹性模量汉,尽量减少油液中的空气含量,使用薄壁的软管,尽可能的使系统在恒定且较低的温度条件下运行;

2、通过设计增加专用泄露通道,更加有效布置阻尼孔,增大泄漏系数;

3、增设阻尼器等。

高频响比例阀控液压马达桨距角控制系统由负载流量获得,考虑高频响比例阀流量-压力系数变化对变桨距系统的影响,控制方框图。

在液压变桨距系统中,根据风速信号的变化建立对应的桨距角位置给定输入信号,通过阀控液压马达变桨距位置控制系统得到变桨距系统的桨距角输出,并把该输出反馈给液压主传动系统风力机输入部分,通过改变风能利用系数,改变风力机桨叶的风功率吸收量。同时,在风力机主传动系统中,依据风速信号和桨距角的作用,计算出主传动系统给定功率,结合主传动系统位置闭环、转速闭环和功率闭环,对整个系统进行变桨距功率平滑控制。


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点击次数:  更新时间:2018-02-06 09:55:49  【打印此页】  【关闭