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一种储能式液压型风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种储能式液压型风力发电机组，它主要包括风轮1、定量泵2、高压管路3、低压管路4、变量马达5、储能系统6和发电机7，其中所述的储能系统6包括泵‑马达6.1、蓄能器6.2和储能油箱6.3。本发明采用泵‑马达元件和蓄能器装置作为中间能量的二次转换和存储系统，可根据机组需要实时地对能量进行存储和释放，避免了风速较大时调桨弃风造成的能量浪费；储能系统在整个机组中起到“削峰填谷”的作用，使机组的输出功率更加平滑，有效地提高机组电能质量。

Description

一种储能式液压型风力发电机组
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及液压型风力发电机组的主传动系统，用液压传动系统代替传统的齿轮箱式和直驱式传动系统，特别涉及一种储能式液压型风力发电机组。
背景技术
风力发电是最成熟、最具规模开发条件和极具商业化发展前景的发电方式之一，世界各国已意识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发给予了高度重视。
从风力机产生到现在，其传动系统主要分为齿轮箱式、直驱式及近几年刚出现的液压型三种传动形式。
其中，齿轮箱式风力发电机组由于出现时间长，技术相对成熟，应用广泛。其主要包括风轮、齿轮箱、发电机、整流器及逆变器等部分，齿轮箱为其关键零部件，输入为风轮的低转速，输出为发电机的高转速，两者具有稳定的增速比。目前齿轮箱式风力发电机组的发电机一般采用双馈异步发电机，风力发电机组通过控制整流、逆变系统实现变速恒频。
直驱式风力发电机组省去齿轮箱，风轮与发电机直接连接，发电机通过整流器、逆变器等与电网相连。由于风轮转速较低，要求直接连接的发电机能够在低转速下正常运行，发电机极数较多，体积、重量大，并且实现变频恒速的电子控制方法复杂。
液压型风力发电机组采用定量泵-变量马达闭式液压回路，风轮与定量泵连接，变量马达与发电机连接，采用液压系统代替齿轮箱，将风轮与发电机的刚性连接转化为柔性传动，减轻了风力发电机组机舱重量，降低了对电网的冲击。
但是，液压型风力发电机组依然存在不足之处，主要表现为：由于风的随机性，其输出功率存在一定波动；此外当输入风速较大时采用调桨弃风的方法，不能将系统中多余的能量进行存储，因而造成了大量风能的浪费。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种储能式液压型风力发电机组，该机组具备传统液压型风力发电机组传动灵活、可靠性高等特点，同时避免了其输出功率波动、储能性差的缺点。
为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种储能式液压型风力发电机组，包括风轮1、定量泵2、高压管路3、低压管路4、变量马达5、储能系统6和发电机7；定量泵2与风轮1同轴连接，定量泵2与变量马达5通过高压管路3和低压管路4连接构成闭式容积调速回路，变量马达5经储能系统6过渡后驱动发电机7；所述的储能系统6包括泵-马达6.1、蓄能器6.2和储能油箱6.3，泵-马达6.1的两油口分别与蓄能器6.2和储能油箱6.3相连。
本发明的工作过程是：风驱动风轮1带动定量泵2同步转动，定量泵2输出高压油经高压管路3驱动变量马达5，进而驱动泵-马达6.1并带动发电机7并网发电，整个过程中通过控制变量马达5和泵-马达6.1的摆角确保发电机7的输入转速为1500r/min，保证与发电机准同期并网。
当风速较大，机组产生多余能量时，储能系统6中泵-马达6.1处于泵工况，输出高压油至蓄能器6.2，即可将机组中多余能量存储在蓄能器6.2中；当风速较小，机组能量跌落时，储能系统6中泵-马达6.1处于马达工况，蓄能器6.2输出高压油驱动泵-马达6.1，将蓄能器6.2存储的能量释放至发电机7输入轴。储能系统6的作用是将变量马达5输出的机械能与蓄能器6.2中油液的压力能之间进行实时转换，实现系统中多余能量的存储和释放，进而满足机组输出功率均匀、平滑的要求。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1)采用泵-马达元件和蓄能器装置作为中间能量的二次转换和存储系统，可根据机组需要实时地对能量进行存储和释放，避免了风速较大时机组调桨弃风造成的能源浪费；
2)该储能系统在整个机组中通过控制发电机输入转矩，起到“削峰填谷”的作用，使机组的输出功率更加平滑，有效地提高了机组电能质量。
附图说明
图1表示本发明结构布置示意图；
图2表示本发明的液压系统原理图；
图3表示本发明的能量转化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
一种储能式液压型风力发电机组，其结构布置示意图如图1所示，包括风轮1、定量泵2、高压管路3、低压管路4、变量马达5、储能系统6和发电机7；定量泵2与风轮1同轴连接，定量泵2通过高压管路3和低压管路4与变量马达5相连，构成闭式容积调速回路，变量马达5经储能系统6过渡后驱动发电机7并网发电。
本发明的液压系统原理如图2所示，本发明包括风轮1、定量泵2、高压管路3、低压管路4、变量马达5、泵-马达6.1、蓄能器6.2、储能油箱6.3、发电机7，还包括补油油箱8、补油泵9、溢流阀10、第一单向阀11、第二单向阀12、低压安全阀13、高压安全阀14、泄油油箱15以及连通于各个元件的油管；
所述的储能系统6包括泵-马达6.1、蓄能器6.2和储能油箱6.3，泵-马达6.1的两油口分别与蓄能器6.2和储能油箱6.3相连；
风轮1通过与定量泵2同轴连接，将风能转化为机械能；定量泵2压油口经高压管路3与变量马达5吸油口相连，变量马达5回油口经低压管路4与定量泵2吸油口相连，定量泵2可将输入的机械能转化为液压能，并通过液压管路与变量马达5连接构成闭式容积调速回路；补油泵9吸油口与补油油箱8相连，其压油口分别连接第一单向阀11和第二单向阀12，进而通过高压管路3和低压管路4为系统补油；溢流阀10跨接在补油泵9压油口与油箱8之间，用于设定补油泵出口压力；低压安全阀13跨接在低压管路4与泄油油箱15之间，高压安全阀14跨接在高压管路3与泄油油箱15之间，其作用是分别防止低压管路4和高压管路3压力过载，起安全作用；在变量马达5和发电机7之间同轴串接一个泵-马达6.1，其两油口分别与蓄能器6.2和储能油箱6.3相连组成储能系统6；泵-马达6.1在变量马达5驱动下带动发电机7并网发电，可以通过控制泵-马达6.1摆角来实现控制变量马达5到发电机7之间的功率传输。
风驱动风轮1带动定量泵2同步转动，定量泵2输出高压油经高压管路3驱动变量马达5转动，储能系统6根据输入机组能量的多少实时地将变量马达5输出的机械能进行存储和释放，进而带动发电机7并网发电，整个过程中通过控制变量马达5和储能系统6中泵-马达6.1的摆角确保发电机7输入转速为1500r/min，保证与发电机同频并网发电。
图3所示是发明的能量转化图。风轮将风能转化为机械能，由液压传动部分的定量泵将机械能转化为液压能，液压能经过液压管路传递至变量马达，再由变量马达将液压能转化为机械能，带动储能部分的泵-马达转动进行能量存储和释放，泵-马达带动发电机将机械能转化为电能。
本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种储能式液压型风力发电机组，其特征在于：它包括风轮(1)、定量泵(2)、高压管路(3)、低压管路(4)、变量马达(5)、泵-马达(6.1)、蓄能器(6.2)、储能油箱(6.3)、发电机(7)，还包括补油油箱(8)、补油泵(9)、溢流阀(10)、第一单向阀(11)、第二单向阀(12)、低压安全阀(13)、高压安全阀(14)、泄油油箱(15)以及连通各个元件的油管；
储能系统(6)包括泵-马达(6.1)、蓄能器(6.2)和储能油箱(6.3)，泵-马达(6.1)的两油口分别与蓄能器(6.2)和储能油箱(6.3)相连；
风轮(1)与定量泵(2)同轴连接，定量泵(2)压油口经高压管路(3)与变量马达(5)吸油口相连，变量马达(5)回油口经低压管路(4)与定量泵(2)吸油口相连，定量泵(2)通过高压管路(3)和低压管路(4)与变量马达(5)连接构成闭式容积调速回路；补油泵(9)吸油口与补油油箱(8)相连，补油泵(9)压油口分别连接第一单向阀(11)和第二单向阀(12)；溢流阀(10)跨接在补油泵(9)压油口与补油油箱(8)之间；低压安全阀(13)跨接在低压管路(4)与泄油油箱(15)之间，高压安全阀(14)跨接在高压管路(3)与泄油油箱(15)之间；在变量马达(5)和发电机(7)之间同轴串接一个泵-马达(6.1)，其两油口分别与蓄能器(6.2)和储能油箱(6.3)相连组成储能系统(6)，通过控制变量马达(5)和泵-马达(6.1)的摆角确保发电机(7)的输入转速为1500r/min。
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