《流體傳動與控制》課件第10章

第10章現(xiàn)代流體傳動發(fā)展概述10.1水壓傳動技術的重新崛起10.2人工智能在流體傳動中的應用10.3風力發(fā)電領域的流體傳動技術

10.1水壓傳動技術的重新崛起

用海水或淡水取代傳統(tǒng)礦物油作為工作介質(zhì)的水液壓技術因其具有不燃燒、無污染、響應快和使用維修方便等突出優(yōu)點，符合國家安全生產(chǎn)、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求，特別適用于冶金、礦山、醫(yī)藥、食品加工業(yè)、海洋開發(fā)以及海軍裝備等民軍和軍用部門。液壓技術源于發(fā)現(xiàn)帕斯卡定律的1605年，自那時起，液壓傳動裝置一直以水作為工作介質(zhì)，由于其密封問題加之電氣傳動技術的競爭，曾一度導致液壓技術停滯不前。此種局面直至1906年美國在海軍炮塔仰俯液壓裝置中首次以油代替水作為工作介質(zhì)才被打破。液壓工作介質(zhì)的這一歷史性變化、耐油橡膠的出現(xiàn)及制造技術的進步，逐步解決了早期水壓傳動裝置中包括密封問題在內(nèi)的一系列技術難題，從而使液壓技術進入了迄今為止主要以礦物型液壓油為工作介質(zhì)的油壓傳動時代。然而，油壓傳動存在著污染環(huán)境、易燃燒、浪費能源的嚴重問題，在一定程度上限制了其發(fā)展與應用。隨著科學技術的進步，人類環(huán)保、能源危機意識的提高，促使人們重新認識和研究以純水作為工作介質(zhì)的純水液壓傳動技術。近20年來，水壓傳動技術在理論研究與應用上都得到了持續(xù)穩(wěn)定的復蘇和發(fā)展，并逐漸成為現(xiàn)代液壓傳動技術中的熱點技術和新的發(fā)展方向之一。水壓傳動與油壓傳動相比，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)由于不使用任何添加劑，液壓系統(tǒng)廢水可以直接排放到海洋，即使泄漏也不會對海洋環(huán)境帶來任何污染或危害,符合環(huán)保要求，有利于海洋生態(tài)環(huán)境保護，具有與環(huán)境相容性的特點。

(2)由于水深壓力可自動補償,且水下作業(yè)不用水箱和回水管,大大簡化了海水液壓傳動系統(tǒng)，使任意深度的水下作業(yè)的海水泵具有很好的穩(wěn)定可靠性。

(3)經(jīng)濟方便。海水取之不盡、用之不竭，無須加工提煉、維護及處理,使用成本極低,還能保護石油資源，既經(jīng)濟又方便。

(4)海水是不可燃物,不存在火災危險,安全性很強。

(5)因海水體積彈性模量高、黏溫指數(shù)高，海水黏度極低，沿程流動損失小，有利于機器在不同水深條件下工作及遠程動力傳輸，因此海水液壓系統(tǒng)的控制特性很好。

海水液壓傳動也具有如下缺點:

(1)海水的潤滑性差，其黏度大約為液壓油的1/20～1/40,液體潤滑膜很難形成于運動摩擦副對偶面上，完全可能導致對偶表面的直接接觸，形成干摩擦或邊界摩擦。

(2)由于海水中的微細砂粒等外界污染物和內(nèi)部磨屑的侵入，進入摩擦副間隙而產(chǎn)生摩削作用，可造成兩體摩擦或三體摩擦，會加劇磨損，增加摩擦損失，增大泵內(nèi)部泄漏，降低泵整體容積效率，縮短使用壽命。10.1.1水壓傳動研究現(xiàn)狀

1.國外研究現(xiàn)狀

自20世紀60年代末以來，美國、英國、日本、德國、丹麥等西方經(jīng)濟發(fā)達國家一直非常注重海水液壓傳動技術的研究。

（1）美國于20世紀60年代末開始研究海洋水下液壓作業(yè)工具。1980年，海軍司令部等部門聯(lián)合研制出葉片馬達；1984年，研制出海水液壓傳動水下作業(yè)工具系統(tǒng)。1991年，美國研制成功了水壓沖擊鉆和圓盤鋸，組成水下作業(yè)工具系統(tǒng)，交付給海軍水下工程隊使用。（2）南非也是從事水壓傳動研究較早的國家之一。20世紀70年代后期開始研制水壓鑿巖機；1990年，研制成乳化液鑿巖機，稍后又研制出平持式純水鑿巖機，且成本較低。

（3）1983年，日本的川崎研究所研制成功了用于6km深潛調(diào)查船浮力調(diào)節(jié)的超高壓海水柱塞泵，最高壓力可達63MPa，流量為6～9L／min；1987年，研制成功了用于65km深潛調(diào)查船超高壓海水柱塞泵，其最高壓力為68.5MPa，流量為5L／min，壽命達到200h。

（4）1995年，德國的Hauhinco機械廠研制成功了淡水徑向柱塞泵陶瓷閥芯的水壓滑閥產(chǎn)品。（5）芬蘭的Tampere大學等聯(lián)合開發(fā)研制成功了用于內(nèi)燃機噴射控制器、造紙、水切割等動力源的海水軸向柱塞泵和馬達。1996年。Tampere大學又成功研制出了比例流量控制純水液壓系統(tǒng)。

（6）1989年，丹麥Danfoss公司等開始研究純水液壓元件；1994年，聯(lián)合研制出Nesie系列淡水軸向柱塞泵、馬達等。但在早期階段，因當時海水液壓元件的選材受到限制，多為金屬材料(包括合金),在海水潤滑條件下，金屬對偶摩擦副的摩擦磨損性能有限，使得研究工作進展緩慢；到20世紀80年代后期,海水液壓元件面臨的摩擦磨損與腐蝕兩大關鍵技術難題因高分子材料和工程陶瓷等新型工程材料先后應用于實際工程而得以解決,海水液壓傳動技術研究取得歷史性的突破，由海水液壓驅(qū)動的各種開發(fā)海洋的機器設備相繼研制開發(fā)成功并投入市場應用。

目前，能反映國際海水液壓技術發(fā)展的最高水平，最具代表意義的中高壓海水液壓泵依次是英國的Fenner海水液壓泵、芬蘭的Hytaroy海水液壓泵、日本的Komatsu和Kayaba海水液壓泵，以及德國的Hauhinco海水液壓泵。來自我國華中理工大學電液控制工程及自動化研究所的學者楊曙東、李壯云對上述五種各具特點及優(yōu)勢的海水液壓泵進行了深入研究，通過分析其主要技術性能、結構形式及關鍵對偶摩擦副的選材等,指出它們的主要共性特點如下:

(1)采用有利于控制密封間隙的柱塞式結構,因海水黏度低而引起的泄漏問題得到解決。

(2)選用陶瓷/高分子復合材料、陶瓷/陶瓷或特種耐蝕合金/高分子復合材料組合,解決了關鍵對偶摩擦副的磨損、腐蝕、氣蝕和潤滑等關鍵基礎技術問題。

(3)全部采用完全與海洋環(huán)境相容的海水潤滑,使天然海水作為液壓介質(zhì)的各種優(yōu)越性得到充分發(fā)揮。

(4)工作時浸沒在海洋中,泵的壓力可根據(jù)海洋環(huán)境水深進行自動補償，無須另外增加壓力補償設計。

(5)運用動、靜壓支承原理,可有效克服海水自身潤滑性能差的缺陷,泵的工作效率得到極大提高。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國的水壓傳動技術的研究及應用尚處在起步階段，在該領域進行研究的主要有華中科技大學和浙江大學等著名高校。

浙江大學的流體傳動及控制國家重點實驗室在研制純水液壓元件的同時，自行設計(芬蘭HytarOy公司制作)了一套純水液壓試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)的純水液壓泵采用端面配流結構，柱塞數(shù)為9，斜盤傾角15°。其主要技術指標是:額定壓力為14MPa，流量為100L／min，功率為32kW，額定轉(zhuǎn)速為1500r／min，工作介質(zhì)為自來水，工作溫度為3～400°C，其容積效率約80%。華中科技大學的液壓氣動技術研究中心是國內(nèi)最早開展水壓傳動技術及其基礎理論研究工作的單位。經(jīng)過二十余年的不懈努力，相繼研制出多種結構形式和多種型號的海(淡)水液壓泵(馬達)，華中科技大學海水泵研究成果匯總如表10－1所示。表10－1華中科技大學海水泵研究情況匯總表二十多年來，我國在海水液壓傳動技術領域的研究內(nèi)容如圖10－1所示，主要集中在如何優(yōu)化泵的結構，使柱塞副、摩擦副的結構進一步改善，科學選擇關鍵摩擦副材料和配流副等方面，并有效解決了海水液壓泵腐蝕、泄漏、摩擦磨損、氣蝕等核心技術難題。圖10－1現(xiàn)代水壓傳動的研究內(nèi)容10.1.2水壓傳動的發(fā)展

隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展，日漸耗竭了地球上儲備有限的各種礦產(chǎn)資源，油壓傳動面臨著能源危機帶來的巨大挑戰(zhàn)。此外，人類掠奪性開發(fā)資源引起生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)保問題、可持續(xù)發(fā)展及控制污染成為全球性難題，油壓傳動與當今社會倡導的“綠色設計、綠色制造”時代潮流相悖。因此，海水液壓傳動再次受到人們的關注。

純水液壓泵在世界工業(yè)領域起著越來越大的作用，它已經(jīng)成為液壓傳動領域新的重要發(fā)展方向之一。有專家預計純水液壓傳動在今后將占整個世界液壓行業(yè)的10%。丹麥工業(yè)大學也給出了今后純水液壓傳動和油液液壓傳動的發(fā)展趨勢，如圖10－2所示。圖10－2純水液壓與油壓傳動的發(fā)展趨勢比較 10.2人工智能在流體傳動中的應用

10.2.1研究進展

流體傳動及控制技術不僅能有效地傳遞能量，并且能控制和分配能量。液壓和氣動控制由于其典型的非線性、低阻尼、時變特性以及無法得到精確的數(shù)學模型,用經(jīng)典的PID控制往往不能得到滿意的效果。為了得到準確的快速響應，各種控制策略被廣泛研究。中科院北京自動化研究所的盛萬興等研究了基于神經(jīng)模糊混合技術的電液伺服系統(tǒng)控制問題。它構造了一種神經(jīng)模糊控制器，其具有知識自動獲取、并行分布存儲及快速模糊推理決策的能力，并給出了一種在線學習，用于一類典型的電液伺服系統(tǒng)的控制,獲得了滿意的效果。東北大學的何洪、孫威等用記憶神經(jīng)網(wǎng)絡及脈寬調(diào)制進行液壓系統(tǒng)的油溫控制，得到了滿意的控制精度。山東大學的劉延俊等將基于BP網(wǎng)絡的PID控制方法用于氣動位置比例系統(tǒng)的控制，設計實現(xiàn)了用微機控制的比例閥及無桿氣缸緩沖定位系統(tǒng)。實驗表明，該控制方法具有較強的魯棒性，可以在不同工況下實現(xiàn)對氣缸活塞的緩沖與定位。經(jīng)典控制方法再加上許多現(xiàn)代控制技術后也獲得了較好的效果。例如，PID型的迭代學習控制器用于電液位置控制系統(tǒng)，其性能明顯優(yōu)于PID控制器。西北工業(yè)大學的張興國等在傳統(tǒng)的增量式積分分離PI控制算法的基礎上，引入D型迭代學習控制前饋環(huán)節(jié),提高了電流跟蹤的快速性和跟蹤精度，建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型并在MATLAB上進行了系統(tǒng)仿真。其仿真結果表明，引入D型迭代學習控制后，電流環(huán)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性良好，保證了輸出電流跟蹤的快速性和精確性。10.2.2人工智能在流體傳動中的工程應用

與常規(guī)的控制方法相比,智能控制最顯著的特點首先在于它不依賴于被控對象的精確模型,其次在于它具有自學習功能,可以在運行過程中對自身進行不斷的修正和完善。因此,智能控制提供了解決“黑箱”、“灰箱”或大型非線性系統(tǒng)的有利工具。絕大部分流體傳動系統(tǒng)是本質(zhì)非線性系統(tǒng)或“灰箱”系統(tǒng),時變參數(shù)很多。智能控制的發(fā)展，為解決這些問題開辟了一條很好的途徑。

(1)用神經(jīng)網(wǎng)絡辨識流體傳動系統(tǒng)的模型。

大型流體傳動系統(tǒng)的數(shù)學模型很難建立，“軟參數(shù)”對系統(tǒng)的影響也很難估計，所以大型流體傳動系統(tǒng)的建模一直是個難題。利用神經(jīng)網(wǎng)絡建模是一種很好的手段。從理論上說，這種方法只要能夠得到系統(tǒng)輸入和輸出的足夠多的樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力，總能建立起對象模型。對大多數(shù)系統(tǒng)來說，獲得輸入輸出樣本是比較方便的，而在理論上，已經(jīng)解決了神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性逼近問題。因此，利用神經(jīng)網(wǎng)絡可以建立流體傳動系統(tǒng)的完整模型，從而為系統(tǒng)的仿真分析和控制奠定了基礎。

(2)實時控制。

用智能控制方法實現(xiàn)流體傳動系統(tǒng)實時控制的例子很多。例如，用模糊控制來克服液壓機械手非線性元件的影響，用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習功能來消除軟參數(shù)的影響，以及用模糊控制與PID控制結合來補償工程機械中負載的變化等等。模糊控制比較簡單，其實時性決不遜于傳統(tǒng)的控制方法，因而被廣泛應用。神經(jīng)網(wǎng)絡通常需要較長的學習周期，所以實時性要求很高的場合的應用受到了限制。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡學習算法的改進和計算機速度的提高，神經(jīng)網(wǎng)絡實時控制的應用也會增多。智能控制與傳統(tǒng)控制的結合是相互取長補短的，神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊控制結合應用的研究也很活躍，在液壓領域也有成功應用的實例。（3）用專家系統(tǒng)實現(xiàn)流體傳動系統(tǒng)的故障診斷。

基于專家知識建立一個知識庫，用人工智能的方法建立判斷規(guī)則，根據(jù)系統(tǒng)中實時檢測的狀態(tài)參數(shù)，分析系統(tǒng)的運行情況，預測元件的壽命，找出故障點并作相應的處理。

10.3風力發(fā)電領域的流體傳動技術

10.3.1風力發(fā)電的發(fā)展

自1973年世界發(fā)生石油危機以來，風力發(fā)電從試驗研究迅速發(fā)展為一個新興的產(chǎn)業(yè)。20世紀90年代,由于政府對環(huán)境保護的要求日益嚴格，特別是要兌現(xiàn)減排二氧化碳等溫室效應氣體的承諾，風電的發(fā)展進一步受到鼓勵。與此同時，風電技術經(jīng)過二十多年的開發(fā)日益成熟。目前風電已經(jīng)成為世界上發(fā)展最快的能源。商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到2500kW，風電成本從20美分/千瓦時持續(xù)下降到4美分/千瓦時，運行可靠的發(fā)電成本接近于常規(guī)火電。全球風電在近十年有極快速的進展，預計全世界風力發(fā)電將以30%~50%的速度持續(xù)增長。在風能利用的強國中，丹麥、德國與西班牙的發(fā)展最為迅速，風力發(fā)電有效地改善了這些國家的電力結構，減少了大氣污染，對保護我們共同的生存家園起到了重要的作用。1999年10月5日，歐洲風能協(xié)會的一項國際能源研究報告指出，到2020年，風能可提供世界電力需求的10%，創(chuàng)造170萬個就業(yè)機會，并在全球范圍減少100多億噸二氧化碳廢氣。亞洲的風電事業(yè)也蓬勃興起,到2002年初，裝機總容量達到2220MW，占世界風電裝機總容量的9.1%。其中印度發(fā)展最為迅速，在短短幾年時間進入世界裝機總量前五名。到2006年年底風電裝機容量前六位的國家如圖10－3所示，中國排在第6位。圖10－3到2006年年底風電裝機容量前六位的國家目前，風能發(fā)電的優(yōu)點有:①清潔，環(huán)境效益好；②可再生，永不枯竭；③基建周期短、投資少；④裝機規(guī)模靈活；⑤技術相對成熟。其缺點有:①存在噪聲、視覺污染；②要占用大片土地；③不穩(wěn)定，可控性差；④對風力場的要求較高；⑤目前成本仍然很高。隨著溫室效應的加劇和能源危機的加深,各國紛紛加強了對新能源技術的投入，風能等相關技術也隨之發(fā)展。近年來,隨著新能源技術的進一步發(fā)展和普及,獨立式發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的設置和利用,而且數(shù)量逐年增長。10.3.2風電技術的發(fā)展

大型風力發(fā)電機組一般為并網(wǎng)運行,向電網(wǎng)饋電，而小型風力發(fā)電系統(tǒng)多為獨立運行。發(fā)電機發(fā)出的電能用儲能設備儲存起來(一般用蓄電池),需要時再提供給負載,并通過整流逆變裝置將發(fā)電機輸出的電能進行交直流變換以適應負載的需要。風力發(fā)電輸出功率的大小主要取決于環(huán)境風力資源的優(yōu)劣，大型風力發(fā)電裝置必須選擇優(yōu)質(zhì)的風場，而小型風力發(fā)電裝置對風場的要求很低。在城市以及人口集居的地方風勢較緩，小的風力發(fā)電裝置會比大的更合適。因為小型風力發(fā)電裝置更容易被小風量帶動而發(fā)電，持續(xù)不斷的小風會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能?，F(xiàn)有的離網(wǎng)風電控制系統(tǒng)和故障預報系統(tǒng)在國內(nèi)還處于起步階段，大部分的風電系統(tǒng)還沒有配備相關的控制系統(tǒng)和故障預報系統(tǒng)，目前主要依靠簡單的機械原理或簡單電路來實現(xiàn)。這樣的風電系統(tǒng)在安全性、可靠性和智能性方面存在嚴重不足，會引起相關的風電設備故障和安全事故頻發(fā)。因此，未來發(fā)展的目標就是開發(fā)出具有高可靠性、高安全性、智能化的風電監(jiān)控系統(tǒng)。以新的自動調(diào)節(jié)風電系統(tǒng)取代現(xiàn)有的系統(tǒng)，這樣的更替必將具有重大的經(jīng)濟效益和社會價值。10.3.3流體傳動儲能風電機的應用

流體傳動儲能風電機的原理是葉輪帶動流體泵運轉(zhuǎn)，泵出的流體通過管路輸送，配置儲壓包，使流體能量的輸出趨于平穩(wěn)，帶有壓力的流體將驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動，流體馬達帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動。而馬達容易實現(xiàn)增速、調(diào)速以及穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的功能，可以保證發(fā)電機的恒速恒頻運轉(zhuǎn)。因此，保證入網(wǎng)的風電與電網(wǎng)的同頻同相等要求將容易實現(xiàn)，并網(wǎng)的穩(wěn)定性得到保證，并網(wǎng)難題將會解決。風電機的性能應該是低風速滿載，高風速卸載，并配置儲能裝置。流體傳動是柔性傳動，不怕過載，結構簡單，壽命長，對大幅降低成本和降低故障率有絕對的優(yōu)勢，同時可以遠距離傳送和儲能。儲能裝置可以克服風能的波動性和間歇性，無論高風速還是低風速都能儲能發(fā)電，保證輸出風電的穩(wěn)定性。流體傳動可以采用液體和氣體作為介質(zhì)，其中采用壓縮空氣儲能成本最低，具有應用推廣價值。直觀地講，新型流體傳動儲能風電機就是用流體傳動取代了雙饋機型齒輪箱的剛性傳動，解決了齒輪箱傳動故障率高的問題；另一方面解決了直驅(qū)機型中直驅(qū)電機體積過大、用銅量高、稀土用量大和制造成本高的問題。同時省掉并網(wǎng)裝置，采用三相同步發(fā)電機直接發(fā)電上網(wǎng)，保證了并網(wǎng)的穩(wěn)定性。

流體傳動風電機是國外重點研發(fā)的前沿技術。我國也有企業(yè)進行了流體傳動風電機的研究和開發(fā)。流體傳動可大幅降低風電成本、降低維護費用，在新能源領域是一個很好的發(fā)展方向。我們應該積極進行流體傳動儲能風電機的研究和探索，開發(fā)出新型的流體傳動儲能風電機技術，為我國的風電產(chǎn)業(yè)注入新的活力。新型流體傳動儲能風電機組將大量應用在低風速分布式小型風電場的建設上，也可與大型風電機配套使用，大幅提高風電場的發(fā)電效率；由于具有抗臺風功能，因此適合在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)開發(fā)小型風電場；同時適合在中小企業(yè)建立獨立的風電供電源，為企業(yè)節(jié)能減排貢獻力量。未來中小型儲能風電機組將會很普及?？傊?，新型流體傳動儲能風電機將在我國開發(fā)陸地和沿海風電場的建設中貢獻巨大的力量，也將促進我國風電產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。

1.解決核心控制系統(tǒng)復雜的問題

控制系統(tǒng)是風電技術的核心技術，目前主要依賴進口。風電機工作環(huán)境復雜惡劣，風電機控制系統(tǒng)無論從硬件還是從軟件來講都有較高要求。首先，硬件在惡劣的自然環(huán)境中的侵蝕影響，使精度不易保證，工作動態(tài)穩(wěn)定性差、工作時間長對壽命的影響也很大，因此控制系統(tǒng)硬件要求比一般系統(tǒng)要高。其次，軟件要保證運行安全和實現(xiàn)智能化，要根據(jù)二、三維數(shù)據(jù)實現(xiàn)不同的控制策略，有效地實現(xiàn)自動控制，適應各種運行狀態(tài)；風電機控制系統(tǒng)的主要任務是功率控制，控制變槳系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)實現(xiàn)在較低風速下最大捕獲風能、在中等風速下的穩(wěn)定運行和在較大風速下的穩(wěn)定并網(wǎng)及防止過載運行；控制系統(tǒng)的研發(fā)需要經(jīng)過長期的試驗數(shù)據(jù)積累，而且其各項參數(shù)的設定與風電機本身和運行環(huán)境都緊密聯(lián)系，非一朝一夕之功，國內(nèi)企業(yè)要完全自主掌握仍需一定時間。

2.降低故障率，實現(xiàn)免維護

現(xiàn)有大型風電機故障率高，維護費用高也是造成風電成本高的主要因素。新型流體傳動風電機可以大幅降低故障率，首先風機頭的結構變得非常簡單，只由葉片、主軸和流體泵構成，運動的主要部件只有流體泵，而泵的結構很簡單，主要結構就是缸體和活塞，不容易出現(xiàn)故障，而且通過限壓閥就可以避免風電機出現(xiàn)過載破壞。葉輪帶動流體泵轉(zhuǎn)動，葉片產(chǎn)生的沖擊載荷也會被吸收，化解風的破壞力。所以，對于流體傳動風電機來講，過載的情況是不存在的，出現(xiàn)故障的概率也很低，可以實現(xiàn)免維護，這種優(yōu)良性能對于長期運行在野外的、維護非常困難的風電機具有重大意義。

3.保證輸出功率的穩(wěn)定

大型風電機由于發(fā)電量大，必須并網(wǎng)運行。電網(wǎng)對入網(wǎng)的風電有著極其嚴格的技術指標，入網(wǎng)的風電必須能夠滿足電網(wǎng)的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相要求。解決風能波動性和間歇性的有效措施是增加儲能裝置，利用儲能裝置起到削峰填谷的作用，保證風電的穩(wěn)定輸出。新型流體傳動儲能風電機將使并網(wǎng)變得非常簡單，每臺風機只需將流體通過管路輸送到地面的總儲壓包和儲能裝置，儲能裝置保持恒壓輸出，連接流體馬達帶動發(fā)電機恒速恒頻穩(wěn)定發(fā)電。發(fā)電機可采用同步勵磁發(fā)電系統(tǒng)，直接發(fā)電上網(wǎng)，可以采取690V低壓和10kV高壓發(fā)電機組兩種供電方式，省掉了變流器并網(wǎng)裝置。如果采用10kV并網(wǎng)發(fā)電，則可直接對110kV電網(wǎng)輸電，還能省去傳統(tǒng)機型的箱式變壓器，從而實現(xiàn)了大幅度降低并網(wǎng)綜合成本的目的。

4.可控性好，可解決并網(wǎng)難題

大規(guī)模風電機并網(wǎng)是一個世界性難題，這是由風能的特性和風電機的性能決定的。比如在德國，絕大多數(shù)風電場裝機容量小于50000kW，當風速和風向變化很大時，風電機不穩(wěn)定，不能滿足并網(wǎng)條件，此時風電機可以隨時脫網(wǎng)；風電機穩(wěn)定后，又可以隨時入網(wǎng)，不會對電網(wǎng)造成太大的沖擊。我國目前不但面臨嚴峻復雜的并網(wǎng)難題，而且每個風電基地都有若干個小風電場，每個風電場的機型都不一樣，給統(tǒng)一調(diào)控造成了一定困難。此外，電網(wǎng)兼容性較差的問題也逐漸暴露出來，比如風電基地中有雙饋機型和直驅(qū)機型，電網(wǎng)中肯定有諧波和雜波，若直驅(qū)機型按電網(wǎng)取樣進行變流，有可能造成相位和頻率的漂移，使輸出的風電質(zhì)量變差，造成電網(wǎng)的兼容性越來越差，給并網(wǎng)造成更大的困難。最大的調(diào)控難題就是風電場的規(guī)模太大，現(xiàn)有風電場的規(guī)模已達幾百萬千瓦，風有波動性和間歇性，風電場的功率就有可能從零升高到幾萬千瓦到百萬千瓦，這樣大的波動電流使電網(wǎng)的調(diào)峰異常困難，甚至是不可能實現(xiàn)的。要保證風電場發(fā)電量的穩(wěn)定輸出，必須控制每一臺風電機的穩(wěn)定輸出。要解決風能的波動性就必須配置儲能裝置，流體儲能裝置結構最簡單、成本低，適合大量配置，并可以實現(xiàn)靈活調(diào)控。因此，大力發(fā)展新型流體傳動儲能風力發(fā)電機是解決大規(guī)模風電機并網(wǎng)的最可行方案。

5.采用組合方式，提高運行效率

由于葉片越來越長會造成風電機的發(fā)電效率降低及風電機的高故障率及輸出風電的不穩(wěn)定，造成維護費用高和并網(wǎng)的難題，所以，單機大功率、大葉片不應該成為發(fā)展方向，而應該采用組合的方式提高發(fā)電效率，大幅降低故障率。流體傳動可以充分發(fā)揮組合的優(yōu)勢，流體傳動的優(yōu)點是可以遠距離傳送能量，可以采用幾十個甚至上百個風機進行組合，每個風機的功率在十幾千瓦左右，塔架的高度為30～40m，這樣可以大幅度減小風機頭受到的風載，避免風的破壞性。從成本上來講，每個風機只由氣泵和葉片構成，成本很低，大量配置仍然低于現(xiàn)有風電機的成本，而且經(jīng)過集中儲能后，發(fā)電設備的成本會大幅降低，并可以提高風機的運行效率，降低維護費用。所以，流體傳動風電機可以通過組合實現(xiàn)大功率發(fā)電，可以達到幾百萬瓦到數(shù)千萬瓦以上，并在降低故障率和提高發(fā)電效率方面具有優(yōu)勢。

6.優(yōu)良的抗臺風能力

新型抗臺風儲能風電機具有優(yōu)良的抗臺風性能，采用全新結構和原理進行設計。