CN103790996A

CN103790996A - 一种风电同步发电机组液粘稳速器

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Publication number: CN103790996A
Application number: CN201410036701.0A
Authority: CN
Inventors: 丁焰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-01-26
Also published as: CN103790996B

Abstract

本发明提出了一种风电同步发电机组液粘稳速器，它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、控制油缸组成，所述控制油缸是双作用单端输出的油缸，液压控制油路是采用计量式封闭回路，油泵采用计量式柱塞油泵，控制油缸的活塞杆通过隔离轴承与摩擦片组件的加压板相连；还设有对油路自动操作控制的可编程序控制器或单板机电控系统。当油路封闭时，活塞能够刚性地锁定在给定位置。本发明液压回路简单，调整刚性强，调速稳定性好。动作灵敏，功率大，调速范围宽。采用本发明构成的风电液粘稳速同步发电机组可以彻底解决风力发电中低压穿越的技术难题。采用本发明还可以构成以船上主机为动力的船用轴带同步发电机组，大大节约运输成本。

Description

一种风电同步发电机组液粘稳速器

技术领域

本发明涉及的是风力发电技术，特别是一种风电同步发电机组液粘稳速器。

背景技术

当前，强大的供电电网为人们提供强大的电力能源，该电力的绝大部分是在火电厂消耗不可再生的能源煤和石油，用同步发电机组发电送到电网上的。同步发电机组发配电技术是非常成熟的技术，它保证了电网的安全运行。

因火电大量消耗煤和石油等不可再生能源以及严重污染地球，人们积极寻找新的能源来代替火电，其中风能是巨大可利用的绿色能源。所以世界上风力发电得到突飞猛进的发展。由于风力变化无常，风速变化的范围很大，所以收集风能的风力机稳定性很差，采用常规的同步发电机与它配套发电非常困难。当前风力发电主要形式是采用变速恒频双馈异步风力发电机组，该机型能适应风速变化大，风能利用效率高；但是它具有很多不可克服的缺点，结构复杂，造价高昂，控制要求高，因风速稳定性差，齿轮箱易损坏。特别是当出现故障时无低压穿越能力，对电网不能提供支持，提供的电能质量很差，有时危及电网的安全。因此，近几年来提出了调速型同步风力发电机组作为风力发电新形式。该机组的特点是在升速齿轮箱和发电机之间增设调速装置，并采用同步发电机直接并入电网。该调速装置能够将频繁变化的风力机转速升速后被稳速在发电机同步转速上，以保证发电机安全运行，同时能采用成熟的火电同步发电配电技术与之配套。该调速装置必须是动作灵敏，性能稳定，功率大的调速装置，下称稳速装置。

现有技术中有很多调速装置，例如电磁离合器、调速型液力偶合器、钢球无级变速器，带轮无级变速器，常规液粘调速离合器等，由于其本身的原因，它们都不能作为风力同步发电机组的稳速装置。

发明内容

本发明的目的是提出一种能满足风力同步发电机组稳速要求的新型稳速装置。

本发明是这样实现的。它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、控制油缸组成。摩擦片组件的摩擦内片套在输入轴外齿上，其摩擦外片套在输出轴矩形内齿圈上，所述控制油缸是双作用单端输出的油缸，液压控制油路是采用计量式封闭回路，控制油缸的活塞杆通过隔离轴承与摩擦片组件的加压板相连；还设有对油路自动操作控制的可编程序控制器或单板机电控系统。

油缸的控制油路是由油量计量式油泵、三位四通电磁换向阀、安全阀、双作用单端输出的油缸组成，其中油量计量式油泵压力口与三位四通电磁换向阀P口连接，电磁换向阀的A口与双作用单端输出的油缸左腔连接；油量计量式油泵进油口与三位四通电磁换向阀T口连接，电磁换向阀的B口与双作用单端输出的油缸右腔连接；三位四通电磁换向阀设有能够闭塞锁定双作用单端输出油缸的左、右腔、使活塞处于定位状态的0位E型阀芯。

所述的油量计量式油泵是柱塞计量油泵，驱动油泵的电机是步进电机，或其他可控制旋转数目的电机。

所述的活塞的活塞杆与压盘之间装有隔离轴承；在摩擦片组内装有为克服油的张力使其快速分离的碟形弹簧。

根据液粘调速离合器的工作原理得知，液粘调速离合器传递的扭矩为：

Figure 2014100367010100002DEST_PATH_IMAGE001

（1）

（2）

（

Figure 2014100367010100002DEST_PATH_IMAGE003

称为离合器特征系数，为定数）

式中：M--负载扭矩 N.m，μ--油动力粘度 Pa.s,D--摩擦片有效工作面外径 m,d--摩擦片有效工作面内径 m, n1--主动摩擦片转速 rpm，n2--被动摩擦片转速 rpm, h--主、被动摩擦片之间油膜厚度 m，

Z—摩擦面数。

从上（2）式看出，当负载M不变，n2为定值时，n1与h是一一对应的线性关系，当n1变动，只要及时调整h与其一一对应，就能取得将n2稳定在同步转速上的效果。

本发明的优点是用计量式油泵及时刚性地调整活塞的位置，也就是调整摩擦片组油膜厚度h，达到输出转速稳定的目的。本发明液压回路简单，调整刚性强，稳定性好。动作灵敏，功率大，调速范围宽。

附图说明

图1为本发明稳速器结构示意图，

图2为本发明摩擦片组内碟形弹簧放大图，

图3为本发明液压原理图，

图4为由本发明组成的风电液粘稳速同步发电机组应用原理示意图，

图5为由本发明组成的船用轴带液粘稳速同步发电机组应用原理示意图。

1---输出轴，2---矩形内齿圈，3---机体，4---冷却油出口，5---摩擦片组，6---压盘，7---隔离轴承，8---油缸左腔，9---活塞，10---油缸右腔，11---压力油进口，12---输入轴，13---冷却油进口，14---机座，15---摩擦外片，16---摩擦内片，17---碟形弹簧，18---安全阀，19---计量式油泵，20---蓄能器，21---电磁换向阀。

具体实施方式

从图中看出，它主要由机体3、输入轴12、输出轴1、摩擦片组件5、控制油缸组成。摩擦片组件5的摩擦内片16套在输入轴外齿上，其摩擦外片15套在输出轴1的矩形内齿圈上，所述控制油缸是双作用单端输出的油缸，油缸的控制油路是采用计量式封闭回路，控制油路是用可编程序控制器或单板机自动控制操作。

油缸的控制油路是由油量计量式油泵19、电磁换向阀22、安全阀18、蓄能器20、双作用单端输出的油缸组成，其中油量计量式油泵19压力口与电磁换向阀P口连接，电磁换向阀的A口与双作用单端输出的油缸左腔连接；油量计量式油泵进油口与电磁换向阀T口连接，电磁换向阀的B口与双作用单端输出的油缸右腔连接，安全阀与油量计量式油泵19的进出口连接，蓄能器20与油量计量式油泵19的进口连接。电磁换向阀设有能够闭塞锁定双作用单端输出油缸的左、右腔、使活塞处于定位状态的0位E型阀芯。

所述的油量计量式油泵19是柱塞油泵，驱动油泵的电机是步进电机，或其他可控制旋转数目的电机。在电机轴上设置有能显示转速的编码器或计数器。

当油量计量式油泵按照指令输出一定量体积的油液，油液在工程上可以认为不可压缩，一定量体积的油液进入油缸后，推动活塞前进到给定距离，达到调整摩擦片h的目的，然后油路封闭，活塞刚性地锁定在给定位置，所以本发明调速稳定性能好。

本发明的液粘稳速器在调速时产生的热量由冷却油带出，送到冷却装置，以保证液粘稳速器稳定运行。

图4为本发明在风力发电上应用原理示意图。从图中看出，整套风电液粘稳速同步发电机组是由风力机、升速齿轮箱、液粘稳速器、同步发电机、并网开关、PLC控制器组成。其中液粘稳速器就是将风力机获得的多变转速，经升速齿轮箱升高后，再经液粘稳速器稳定在同步转速上，以保证同步发电机正常运行。采用由液粘稳速器构成的风电液粘稳速同步发电机组可以彻底解决风力发电中低压穿越的技术难题。

风电液粘稳速同步发电机组的应用方法是这样的。

1、启动与并网控制

打开风力机，在变桨装置控制下，将升速齿轮箱输出转速升到同步速度以上，启动液粘稳速器，调节液粘稳速器将输出转速稳定在发电机同步转速上，即是用变桨装置粗调，液粘稳速器细调来达到目的。启动发电机励磁装置，检测频率和相位，调节液粘稳速器达到并网条件，并网开关自动并网。

2、运行控制

调节励磁装置使发电机逐步满载运行，同时变桨装置调节桨距角，吸收更大风能以满足发电机满载运行的要求，液粘稳速器细调，使输出转速始终稳定在的同步转速上。该机组可象火电同步发电机一样进行无功功率和有功功率控制。

3、离网停车控制

调节励磁装置使发电机逐步减载运行，直到并网开关自动离网。此期间液粘稳速器无论在输入转速如何变化，都要在变桨装置的配合下将输出转速稳定在同步转速下。

4、电网故障时的控制

当电网出现故障时，同步发电机的励磁装置直接将励磁电流给定顶值，将励磁电压和电流快速上升到顶值，施加强励来实现同步发电机暂态过程励磁，调节同步发电机的无功电流，从而向电网馈送无功功率，支撑电网电压。同时，风力机的变桨装置调节桨距角，减少风能的吸收实现有功功率的控制。同样，此期间液粘稳速器无论在输入转速如何变化，都要在变桨装置的配合下将输出转速稳定在同步转速上。

图5是本发明的另一种应用形式，由本发明组成的船用轴带液粘稳速同步发电机组。其结构与图5大同小异。利用船上主机的动力发电供电，比单纯用一台柴油发电机组发电供电，节能降耗效果非常显著，能大大节约运输成本。

Claims

1.一种风电同步发电机组液粘稳速器，它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、控制油缸组成，摩擦片组件的摩擦内片套在输入轴外齿上，其摩擦外片套在输出轴矩形内齿圈上，其特征在于所述控制油缸是双作用单端输出的油缸，液压控制油路是采用计量式封闭回路，控制油缸的活塞杆通过隔离轴承与摩擦片组件的加压板相连；还设有对油路自动操作控制的可编程序控制器或单板机电控系统。

2.根据权利要求1所述的一种风电同步发电机组液粘稳速器，其特征在于所述的液压控制油路是由油量计量式油泵、三位四通电磁换向阀、安全阀、双作用单端输出的油缸组成，所述油量计量式油泵压力口与三位四通电磁换向阀P口连接，电磁换向阀的A口与双作用单端输出的油缸左腔连接；油量计量式油泵进油口与三位四通电磁换向阀T口连接，电磁换向阀的B口与双作用单端输出的油缸右腔连接；三位四通电磁换向阀设有能够闭塞锁定双作用单端输出油缸的左、右腔、使活塞处于定位状态的0位E型阀芯。

3.根据权利要求1或2所述的一种风电同步发电机组液粘稳速器，其特征在于所述的油量计量式油泵是柱塞油泵，驱动油泵的电机是步进电机，或其他可控制旋转数目的电机，在电机轴上设置有能显示转速的编码器或计数器。

4.根据权利要求1或2所述的一种风电同步发电机组液粘稳速器，其特征在于在摩擦片组内装有为克服油的张力使其快速分离的碟形弹簧。

5.一种由液粘稳速器构成的风电液粘稳速同步发电机组的应用方法，其特征在于包括以下几个方面：

1）、启动与并网控制

打开风力机，在变桨装置控制下，将升速齿轮箱输出转速升到同步速度以上，启动液粘稳速器，调节液粘稳速器将输出转速稳定在发电机同步转速上，即是用变桨装置粗调，液粘稳速器细调来达到目的，启动发电机励磁装置，检测频率和相位，调节液粘稳速器达到并网条件，并网开关自动并网；

2）、运行控制

调节励磁装置使发电机逐步满载运行，同时变桨装置调节桨距角，吸收更大风能以满足同步发电机满载运行的要求，液粘稳速器细调，使输出转速始终稳定在的同步发电转速上；

3）、离网停车控制

调节励磁装置使发电机逐步减载运行，直到并网开关自动离网，此期间液粘稳速器无论在输入转速如何变化，都要在变桨装置的配合下将输出转速稳定在同步发电转速下；

4）、电网故障时的控制

当电网出现故障时，同步发电机的励磁装置直接将励磁电流给定顶值，将励磁电压和电流快速上升到顶值，施加强励来实现同步发电机暂态过程励磁，调节同步发电机的无功电流，从而向电网馈送无功功率，支撑电网电压；同时，风力机的变桨装置调节桨距角，减少风能的吸收实现有功功率的控制，同样，此期间液粘稳速器无论在输入转速如何变化，都要在变桨装置的配合下将输出转速稳定在同步转速上。