CN101793232B - 一种液控稳频发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液控稳频发电方法，其包含以下步骤，a.叶轮采集流场能量并转化为机械能；b.功率调配箱将机械能传输至变初始相角安装的并联泵组，进行机械能向液压能的转换，并经过集流器将液压能传输至变量液压马达；c.恒速控制器协同控制回路中的控制阀组和液压马达中的电控变量机构，获得进入液压马达的流量和液压马达排量的最优匹配，生成液压马达恒转速输出，并传递至发电机；d.发电机将恒速稳定的机械能转化为恒频率电能输出。本发明采用闭式液压回路实现流场能量的转换和远距离传递，解决现有风力发电装置成本高、恒频稳压难、安装维修困难等问题，有效降低风力发电装备建设和运行维护成本。

Description

一种液控稳频发电方法

技术领域

本发明涉及一种用于将脉动的风能或水能转换为稳频电能的方法，具体涉及一种液控稳频发电方法。 

背景技术

作为十分重要绿色能源，风能或水能的有效利用受到世界各国广泛重视。目前广泛应用中的风力发电装置或水力发电装置一般采用一次换能技术将风能或水能转化为机械能驱动发电机进行发电。自然界风速或水流速度的不稳定性，直接影响了风力或水力发电机组输出电能频率的稳定性，品质低劣的电能不能直接用于电器或者输送到电网。针对提高风力发电品质需求，目前已研究出如风力机的变浆距调节、增速机、交流励磁变速恒频双馈发电机低频交流逆变等技术与装置。这些技术与装置的实施一定程度上提高了发电品质，但其缺点在于： 

1、增速机价格昂贵由于风速较低，风力发电装置中叶片只能以较低的转速进行转动，而现有的普通发电机要求转速较高。为了解决这个矛盾，现有风力发电装置通常采用增速机来提高转速，但增速机价格昂贵； 

2、普通发电机发电频率不稳定由于增速机是一个固定转速比的速度变化机构，因此，增速机将放大脉动变化的风速对发电机转速的影响，导致了发电机的转速不停地改变，影响发电品质； 

3、交流励磁变速恒频双馈发电机技术成本较高为了克服风力不平稳对发电品质的影响，采用变速恒频双馈发电技术，大大增加现有风力发电装置的投资成本； 

4、风力发电装置整体重心高现有风力发电装置中的发电机、增速机均置于数十米高塔架顶端的机舱内，系统整体重心非常高，设备安装、维护十分困难，且对塔架及其基础结构强度要求非常高，增加了风力发电系统的建造成本。 

发明内容

本发明提供一种液控稳频发电方法，能将不稳定的流体能转换为稳定的液压能，使最终输出恒频的电能，提高电能品质，保护电网系统。 

为实现上述目的，本发明提供一种液控稳频发电方法，包含以下步骤： 

步骤1 叶轮采集流场能量，转化为机械能后传输至功率调配箱； 

步骤2 功率调配箱将机械能传输至变初始相角安装的并联泵组，进行机械能向液压能的转换，并经过集流器汇集后将液压能传输至变量液压马达； 

步骤2.1 功率调配箱将机械能分配和传递给多个变初始相角安装的液压泵，每个液压泵将机械能转换为液压能； 

步骤2.2 集流器汇集多路液压泵的输出并通过相位叠加方式减小液压能总体输出流量的脉动，并将稳定液压能传输至变量液压马达； 

步骤3 恒速控制器反馈控制闭式液压回路中的控制阀组和变量液压马达的电控变量机构，使变量液压马达将液压能转换为恒转速机械能输出至发电机； 

步骤3.1 变量液压马达将集流器汇集的回路液压能转换成机械能，并通过联轴器传输至发电机； 

步骤3.2 恒速控制器实时检测变量液压马达输出的转速和扭矩，通过控制闭式液压回路中的压力控制阀、流量控制阀以及变量液压马达中的电控变量机构，控制液压马达的液压油流量和排量，使变量液压马达恒速转动，输出稳定恒速的机械能； 

步骤4 发电机将恒速稳定的机械能转换为恒频率的电能输出。 

上述步骤1中的流场能量包含风能或水能。 

上述步骤2中的并联泵组包含若干个并联连接的液压泵。 

上述的步骤2.1之前，还包含以下步骤： 

运控装置检测叶轮输出的转矩和转速，其根据检测结果控制功率调配箱向并联泵组分配机械能，并控制并联泵组中参与能量转换的液压泵数量。 

上述步骤3中的控制阀组包含压力控制阀和流量控制阀。 

上述步骤4中的发电机为交流同步发电机或交流异步发电机。 

本发明一种液控稳频发电方法与现有的发电方法相比，其优点在于，本发明采用闭式液压回路将不稳定机械能量转换为稳定的液压能，使最终输出 恒频的电能，提高电能品质，保护电网系统；本发明利用控制阀组控制系统中输入变量液压马达的液压油压力和流量，使变量液压马达内液压油的流量和排量最优匹配，生成变量液压马达的恒转速输出，产生恒频电能，提高电能品质，保护电网系统；通过恒速控制器实现“马达+阀控”的联合优化控制，利用联合控制阀组快速响应特点，有效降低风速大范围变化的影响，马达控制用于精调以保证恒速恒频的精度；本发明采用并联泵组代替单台大功率泵，降低制造难度和成本，便于安装和维护。 

附图说明

图1为本发明一种液控稳频发电方法的装置的总体结构示意图； 

图2为本发明一种液控稳频发电方法的方法流程图。 

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。 

以下实施例，采用一种适用于本发明的风力发电装置为例。而且，若采用本发明进行水力发电，其采用的水力发电方法及其发电装置与该采用风力发电方法及其发电装置相类似。 

如图1所示，为适用于本发明所提供的液控稳频发电方法的一种风力发电装置，该装置包含叶轮1、功率调配箱2、并联泵组3、集流器4、运控装置5、控制阀组6、变量液压马达7、恒速控制器8和发电机9。 

叶轮1与功率调配箱2之间通过联轴器连接，功率调配箱2与并联泵组3通过转轴连接，并联泵组3和集流器4通过液压管路连接。 

其中，并联泵组3包含多个并联设置的液压泵，各液压泵以变初始相角安装。变初始相角安装是指多泵安装时各泵之间分别错开一定的角度，各泵绕各自轴心旋转一定角度安装，是进一步降低多泵输出流量脉动的有效途径。 

运控装置5与功率调配箱2电路连接；该运控装置5还通过液压管路与并联泵组3连接。 

集流器4和运控装置5之间通过液压管路并联连接有控制阀组6和变量液压马达7。变量液压马达7输出轴通过联轴器和发电机9连接。恒速控制器8检测液压马达输出转速和扭矩，协同控制回路中控制阀组6和液压马达7的电控变量机构动作。 

其中，变量液压马达7包含电控变量机构；控制阀组6包含压力控制阀 和流量控制阀；发电机9可采用普通交流同步发电机或交流异步发电机，而不是采用常规风力发电系统中应用的昂贵的特制发电机。 

本发明液控稳频风力发电装置还包含用以风力发电的塔架，该塔架上端设有机舱，叶轮1、功率调配箱2、并联泵组3、集流器4和运控装置5设置在该塔架的机舱内；变量液压马达7、控制阀组6、恒速控制器8和发电机9设置在地面的机房中，设置在机舱内的设备与设在地面机房内的设备通过由液压管路组成的闭式液压回路和电缆分类连接，该布局方式大大减小机舱设备重量，有效降低设备安装、运行维护和维修成本，同时降低对塔架、基础设施的结构强度要求。 

以下结合上述装置，介绍本发明一种液控稳频发电方法，其包含以下步骤： 

步骤1叶轮1采集流场能量，转化为机械能后传输不恒定的转矩与转速至功率调配箱2； 

步骤2功率调配箱2将机械能传输至变初始相角安装的并联泵组3，进行机械能向液压能的转换，并经过集流器4汇集后将稳定液压能传输至变量液压马达7； 

同时，运控装置5通过功率调配箱2检测叶轮1输出的转矩和转速，并根据其检测结果控制功率调配箱2向并联泵组3分配机械能，控制并联泵组3中参与能量转换的液压泵的数量，同时，运控装置5也完成闭式液压回路的补油、调节闭式液压回路中的油温。 

步骤2.1功率调配箱2将机械能分配传递给多个变初始相角安装的液压泵，每个液压泵将机械能转换为液压能，同时对叶轮1进行过载停车控制； 

步骤2.2集流器4汇集多路液压泵的输出并通过相位叠加方式减小液压能总体输出流量的脉动，并将汇集得到的稳定液压能传输至变量液压马达7。 

步骤3恒速控制器8反馈控制闭式液压回路中的控制阀组6和变量液压马达7的电控变量机构，使变量液压马达7将液压能转换为恒转速机械能输出至发电机9； 

步骤3.1变量液压马达7将集流器4汇集的回路液压能转换成机械能，并通过联轴器传输至发电机9； 

步骤3.2恒速控制器8实时检测变量液压马达7输出的转速和扭矩，通过控制闭式液压回路中的压力控制阀、流量控制阀以及变量液压马达7中的电控变量机构，从而控制变量液压马达7的液压油流量和排量，获得变量液压马达7中液压油流量和排量的最优匹配，使变量液压马达7恒速转动，输出稳定恒速的机械能。 

步骤4发电机9将恒速稳定的机械能转换为恒频率的电能输出，传输给电网系统。 

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 

Claims (7)

1.一种液控稳频发电方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1叶轮(1)采集流场能量，转化为机械能后传输至功率调配箱(2)；

步骤2功率调配箱(2)将机械能传输至变初始相角安装的并联泵组(3)，进行机械能向液压能的转换，并经过集流器(4)汇集后将液压能传输至变量液压马达(7)；

步骤3恒速控制器(8)反馈控制闭式液压回路中的控制阀组(6)和变量液压马达(7)的电控变量机构，使变量液压马达(7)将液压能转换为恒转速机械能输出至发电机(9)；

步骤4发电机(9)将恒速稳定的机械能转换为恒频率的电能输出；

所述的步骤3具体包含以下步骤：

步骤3.1变量液压马达(7)将集流器(4)汇集的回路液压能转换成机械能，并通过联轴器传输至发电机(9)；

步骤3.2恒速控制器(8)实时检测变量液压马达(7)输出的转速和扭矩，通过控制闭式液压回路中的压力控制阀、流量控制阀以及变量液压马达(7)中的电控变量机构，控制变量液压马达(7)的液压油流量和排量，使变量液压马达(7)恒速转动，输出稳定恒速的机械能。

2.如权利要求1所述的液控稳频发电方法，其特征在于，步骤1中所述的流场能量包含风能或水能。

3.如权利要求1所述的液控稳频发电方法，其特征在于，步骤2中所述的并联泵组(3)包含若干个并联连接的液压泵。

4.如权利要求3所述的液控稳频发电方法，其特征在于，所述的步骤2具体包含以下步骤：

步骤2.1功率调配箱(2)将机械能分配和传递给多个变初始相角安装的液压泵，每个液压泵将机械能转换为液压能；

步骤2.2集流器(4)汇集多路液压泵的输出并通过相位叠加方式减小液压能总体输出流量的脉动，并将稳定液压能传输至变量液压马达(7)。

5.如权利要求4所述的液控稳频发电方法，其特征在于，在所述的步骤2.1之前，还包含以下步骤：

运控装置(5)检测叶轮(1)输出的转矩和转速，其根据检测结果控制功率调配箱(2)向并联泵组(3)分配机械能，并控制并联泵组(3)中参与能量转换的液压泵数量。

6.如权利要求1所述的液控稳频发电方法，其特征在于，步骤3中所述的控制阀组(6)包含压力控制阀和流量控制阀。

7.如权利要求1所述的液控稳频发电方法，其特征在于，步骤4中所述的发电机(9)为交流同步发电机或交流异步发电机。

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