CN108134548A - 一种液压型风力发电机组主传动控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种液压型风力发电机组主传动控制系统，主要包括风力机、定量泵‑变量马达液压传动控制系统、电励磁同步发电机和发电控制系统等。该控制系统传动效率较高，系统灵活性较高，应用电励磁同步发电机可准同期并网，机组可实现发电功率控制、最优功率追踪控制及低电压穿越控制，省去齿轮箱、整流逆变器，减小风力发电机组重量，降低装机成本，液压型风力发电机组将成为风力发电机组的一个发展方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压型风力发电机组主传动控制系统，适用于机械领域。
背景技术
现代风力发电机组普遍采用以增速齿轮箱为主传动的交流励磁双馈发电机(doubly-fed induction generator，DFTG )和无齿轮箱直接驱动的多级永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator，PMSG)。
PMSG因为其自励磁特性被研究者普遍认为是变速风力发电机组理想的选择，它的自励磁特性使系统能够在高功率因数和高效率下运行，主要代表机型有德国Enercon E66型2MW、意大利Gamma 60型1.5 MW等。
除笼型异步发电机、双馈异步发电机、永磁同步发电机之外，各国研究人员从提高风力发电机组的效率、可靠性和降低大型发电机的制造难度等角度，提出了其它具有商业化潜力的发电机，如开关磁阻发电机、无刷双馈感应发电机、爪极式发电机、高压发电机、定子双绕组异步发电机、横向磁通永磁发电机、双凸极发电机、电气无级变速器、全永磁悬浮发电机等。虽然这些新型风力发电机组各有优点，但是始终没有彻底摆脱齿轮箱和庞大的整流逆变装置，所以一种摒弃齿轮箱和整流逆变装置的新型风力发电机型—液压型风力发电机组应运而生。
与传统双馈和直驱机型相比，液压传动系统功重比高，替代了双馈机型的齿轮箱，避免了直驱机型庞大的永磁发电机。液压传动减速比实时调整，可采用电励磁同步发电机，省掉整流逆变装置，具有提高发电质量，便于维护等优点，各国相继开展液压型风力发电机组研发工作。
发明内容
本发明提出了一种液压型风力发电机组主传动控制系统，主要包括风力机、定量泵-变量马达液压传动控制系统、电励磁同步发电机和发电控制系统等。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制系统选用双叶片机型，风力机旋转速度高，与传统机型相比，在输出功率相等时，液压型风力发电机组负载转矩更低。
所述控制系统采用液压系统传动形式，实现传动比实时可调，系统灵活性较高，且实现柔性控制，可抑制风速波动对电能质量的影响。
所述控制系统实现电励磁同步发电机在风力发电机组领域的使用，以准同期方式接入电网，省去变频逆变设备，降低对电网的冲击，无谐波，可根据电网的需求调整功率因数，相应发出有功功率和无功功率，电励磁同步发电机具有较强的低电压穿越能力，不需增加硬件设备。
所述控制系统省去齿轮箱，减少功率损耗，大大减小风力发电机组的重量，降低装机成本，能很好地适应陆地和海上风力发电机组的需求。
本发明的有益效果是：该控制系统传动效率较高，系统灵活性较高，应用电励磁同步发电机可准同期并网，机组可实现发电功率控制、最优功率追踪控制及低电压穿越控制，省去齿轮箱、整流逆变器，减小风力发电机组重量，降低装机成本，液压型风力发电机组将成为风力发电机组的一个发展方向。
附图说明
图1是本发明的风力发电机组原理图。
图2是本发明的气动标记机控制系统的硬件原理图。
图中：a.液压泵；b.液压马达；c.电网；1.液压马达；2、4.液压泵；3、5.溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例本发明作进一步说明。
如图1，液压型风力发电机组主传动系统主要包括风力机、定量泵-变量马达液压传动控制系统、电励磁同步发电机和发电控制系统等。
风力机先将风能转换成机械能。机械能推动液压泵，由液压泵转换成液压能。流体能量被传递后，液压能传输到变量马达处推动变量马达转换成机械能，变量马达驱动电励磁同步发电机将液压能转换成电能。
液压型风力发电机组的运行根据不同风况分为四个阶段。
当风速低于切入风速时，发电机不工作，风力机保持在停机状态，输出功率为零。
当风速大于切人风速但小于额定风速时，风力发电机组主传动控制系统运行。风力机拖动定量泵转动，通过控制变量马达斜盘摆角实现马达恒转速输出，同步发电机输出功率随风速增加而增大。
当风速大于额定风速，但小于切出风速时，风力发电机组主传动控制系统运行，发电机输出额定功率。
当风速大于切出风速时，风力发电机组主传动控制系统停止运行，风力机处于锁紧状态，输出功率为零。
如图2，液压型风力发电机组采用定量泵-变量马达容积调速回路做主传动系统，通过改变变量马达的排量实现液压传动比调整，控制发电机工作于同步转速，实现了将电励磁同步发电机应用于风电领域。
由于风能是随机性很强的能源，风速与风向实时改变，风力机捕获的风能也不断变化，风力机转速也随之变化。
同步发电机并联到电网时，为防止过大的电流冲击和转矩冲击，要求同步发电机满足准同期并网条件，其中频率相同是一个关键条件。
需要对此相乘非线性特性进行研究，当风速变化、电网频率波动时，使定量泵-变量马达、变转速输入-恒转速输出系统，在不同的工作点都能精确控制马达转速，保持其恒转速输出可控可调，并实现液压马达在不同的系统工作点具有一致的转速响应特性。
一般阀控液压系统存在溢流和节流损失，导致液压传动的效率不够高，对于定量泵-变量马达传动系统，系统本身无节流损失，因此需要设计合理的液压系统原理和控制方法避免溢流损失，提高系统传动效率。
风力发电机组要求定量泵-变量马达系统实现变转速输入-恒转速输出，该系统工作时存在两种工作状态：恒压状态和恒流状态。
系统工作在恒压状态时，系统压力稳定在溢流阀调定压力，变量马达排量由负载和系统压力决定，定量泵的输出流量一部分满足马达恒转速需求，一部分从溢流阀排回油箱，定量泵和溢流阀组成恒压源，系统溢流损失严重。系统工作在恒流状态时，马达排量由定量泵流量和设定输出转速决定，系统压力随外负载变化，系统无溢流损失，系统效率大大提高。由于定量泵输入转速实时变化，所以系统的流量也在随之变化，采用恒流源的控制方法，目的是实时平衡定量泵和变量马达的流量，使系统无溢流。
定量泵-变量马达系统工作于恒流状态是实现该系统稳速控制的关键，定量泵一变量马达主传动系统可以采用间接流量反馈直接转速闭环的控制方式实现稳速控制，使系统工作于恒流状态，并在此基础上基于转速差调整输出转速，进而控制发电功率。
Claims (4)
1.一种液压型风力发电机组主传动控制系统，其特征是：所述控制系统选用双叶片机型，风力机旋转速度高，与传统机型相比，在输出功率相等时，液压型风力发电机组负载转矩更低。
2.根据权利要求1所述的一种液压型风力发电机组主传动控制系统，其特征是：所述控制系统采用液压系统传动形式，实现传动比实时可调，系统灵活性较高，且实现柔性控制，可抑制风速波动对电能质量的影响。
3.根据权利要求1所述的一种液压型风力发电机组主传动控制系统，其特征是：所述控制系统实现电励磁同步发电机在风力发电机组领域的使用，以准同期方式接入电网，省去变频逆变设备，降低对电网的冲击，无谐波，可根据电网的需求调整功率因数，相应发出有功功率和无功功率，电励磁同步发电机具有较强的低电压穿越能力，不需增加硬件设备。
4.根据权利要求1所述的一种液压型风力发电机组主传动控制系统，其特征是：所述控制系统省去齿轮箱，减少功率损耗，大大减小风力发电机组的重量，降低装机成本，能很好地适应陆地和海上风力发电机组的需求。
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2016
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