CN109854450A - 一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组 - Google Patents

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张春友
边慧龙
刘光辉
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Abstract

本发明公开了一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，包括括液压风力发电机组以及液压变压器组件；所述液压风力发电机组包括风力机、液压泵、回油管、安全阀、液压马达以及同步发电机，同步发电机的输电端接入电网；风力机通过变速箱与液压泵传动连接；液压马达通过回油管连接液压泵，且液压马达与同步发电机之间传动连接，本发明符合国家能源发展战略需求，适合在通辽地区推广，该研究及成果的推广适合内蒙古自治区以及通辽地区经济的发展，特别在农村牧区，为广大农牧民提供优质电能，促进地区经济的快速发展，具有很好的推广前景。

Description

一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其是涉及一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组。
背景技术
风力机中常见的传动方式除了机械传动，还有液压传动。虽然齿轮部分造成的停机时间最长，但是发电机所需的电力电子设备，尤其是变频器，是故障率最高的部件。因此如果能够调节传动系统的输出转速以使发电机输入转速恒定，那么可以去掉风力机中故障率最高并且价格昂贵的部件，从而使整机成本下降，由此进一步降低单位电价。风力机中采用液压传动的优点有：
1、发电机可以放置在地面上，减轻机舱及吊装重量，同时维修也更方便；
2、大型风力机使用液压传动可W减轻传动系统重量，降低故障率及成本；
3、液压传动可以缓冲阵风引起的风力机能量波动，鲁棒性更好；
4、可使用同步电机，有利于提高电网稳定性；
5、可储存能量用于低电压穿越。
针对液压系统效率低，特别是离网型风力发电系统，负载变化大，风力发电机组很难与负载实现匹配，造成风能利用率低，能量损耗大。因此，结合液压变压器原理，设计新型液压传动型风力机组，可实现提高风能利用率，实现与负载的有机匹配。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，包括液压风力发电机组以及液压变压器组件；
所述液压风力发电机组包括风力机、液压泵、回油管、安全阀、液压马达以及同步发电机，同步发电机的输电端接入电网；
风力机通过变速箱与液压泵传动连接；液压马达通过回油管连接液压泵，且液压马达与同步发电机之间传动连接；通过风力机驱动液压泵，从而使得液压马达在液压的作用下被驱动，而液压马达则驱动同步发电机转动并发电；
所述液压变压器组件包括蓄能器、进油管、补油管路、补油泵、变量泵、排油管以及传动轴；所述补油泵与变量泵之间通过传动轴传动连接，补油泵的进油端口接有补油管路，其中补油管路的进口端接在进油管的出口端上，进油管上还通过管道接有蓄能器；变量泵的出油端接进油管上，进油管的进油端接在液压泵的出油端上；所述变量泵的进油口通过补偿管接在回油管上，在风力机停止运转时，变量泵排量的调节值应使传动轴保持转矩的平衡，此时变量泵和补油泵都保持静止；在高风速下，通过动态调节变量泵，使传动系统转矩波动能够被液压系统所吸收，从而实现降低机组齿轮箱故障率及维护频率，延长机组旋转部件工作寿命。
作为本发明进一步的方案：所述液压泵的进出油路上并联接入有安全阀。
作为本发明进一步的方案：所述进油管上还通过管道接有蓄能器，蓄能器与进油管之间的管道与补油管路之间呈并联式结构，且蓄能器与进油管之间的管道位于补油管路之间的位置。
作为本发明进一步的方案：所述变量泵的出油端接液压油箱的进油端，进油管的进油端接在液压泵的出油端上。
本发明的有益效果：该项目符合国家能源发展战略需求，符合内蒙古自治区经济发展需要。该项目适合在通辽地区推广。通辽地区风资源丰富，而农牧区仍然存在缺电、少电现象制约区域经济的发展。现有离网型风力发电系统效率不高，可靠性差，风能利用率低，不能够充分利用风能，不足以给农牧民进行集体供电。因此，该项目的研究及成果的推广适合内蒙古自治区以及通辽地区经济的发展。特别在农村牧区，为广大农牧民提供优质电能，促进地区经济的快速发展，具有很好的推广前景。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图中：1-风力机、2-液压泵、3-回油管、4-安全阀、5-液压马达、6-同步发电机、7-电网、8-蓄能器、9-进油管、10-补油管路、11-补油泵、12-变量泵、13-补偿管、14-传动轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，包括液压风力发电机组以及液压变压器组件；
所述液压风力发电机组包括风力机1、液压泵2、回油管3、安全阀4、液压马达5以及同步发电机6，同步发电机6的输电端接入电网7；
风力机1通过变速箱与液压泵2传动连接；液压马达5通过回油管3连接液压泵2，且液压马达5与同步发电机6之间传动连接；通过风力机1驱动液压泵2，从而使得液压马达5在液压的作用下被驱动，而液压马达5则驱动同步发电机6转动并发电；所述液压泵2的进出油路上并联接入有安全阀4；
所述液压变压器组件包括蓄能器8、进油管9、补油管路10、补油泵11、变量泵12、排油管13以及传动轴14；所述补油泵11与变量泵12之间通过传动轴14传动连接，补油泵11的进油端口接有补油管路10，其中补油管路10的进口端接在进油管9的出口端上，进油管9上还通过管道接有蓄能器8；变量泵12的出油端接进油管9上，进油管9的进油端接在液压泵2的出油端上；所述变量泵12的进油口通过补偿管13接在回油管3上，在风力机1停止运转时，变量泵12排量的调节值应使传动轴14保持转矩的平衡，此时变量泵12和补油泵都保持静止；在高风速下，通过动态调节变量泵12，使传动系统转矩波动能够被液压系统所吸收，从而实现降低机组齿轮箱故障率及维护频率，延长机组旋转部件工作寿命。
本发明的工作原理是：在风力机1停止运转时，变量泵12排量的调节值应使传动轴14保持转矩的平衡，此时变量泵12和补油泵都保持静止；在高风速下，通过动态调节变量泵12，使传动系统转矩波动能够被液压系统所吸收，从而实现降低机组齿轮箱故障率及维护频率，延长机组旋转部件工作寿命；由于齿轮箱故障率高，因此，该方案去掉齿轮箱。采用液压传动调速方案。由于液压传动效率低，系统中增加液压变压器结构。液压变压器可以实现与负载匹配，同时没有能量损失。在广大的农村牧区，海岛，由于电网普及不到，因此，离网型风机发电机便成为能源供给的主要设备。本文针对离网型风力发电机，提出基于液压变压器的传动方案，可以提高液压系统效率，提高系统的可靠性，由于省去齿轮传动，减少机组的故障率。提高运行成本，因此，该方案解决了国家电网普及不到的地区的供电问题。适用于中、大型风力发电系统。
首先，通过变量泵控制风轮转速，实现风轮的转速控制，从而提高风能捕获能力。其次，通过增加蓄能器组，可以有效抑制由于风速波动带来的对机组的冲击。蓄能器起到稳压的作用。通过采用基于变量泵泵-马达的液压变压器结构，可以实现与负载的合理匹配。当负载小，通过控制液压变压器使得多余风能存储到蓄能器中，当负载大时，可通过蓄能器与风轮同时为系统供能。变量马达的作用，通过调节排量实现马达输出转速稳定或者可控，从而实现与永磁同步发电机直接相连，发出稳定的高质量的电能，直接供给用户端。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，其特征在于，包括液压风力发电机组以及液压变压器组件；
所述液压风力发电机组包括风力机、液压泵、回油管、安全阀、液压马达以及同步发电机，同步发电机的输电端接入电网；
风力机通过变速箱与液压泵传动连接；液压马达通过回油管连接液压泵，且液压马达与同步发电机之间传动连接；
所述液压变压器组件包括蓄能器、进油管、补油管路、补油泵、变量泵、排油管以及传动轴；所述补油泵与变量泵之间通过传动轴传动连接，补油泵的进油端口接有补油管路，其中补油管路的进口端接在进油管的出口端上，进油管上还通过管道接有蓄能器；变量泵的出油端接进油管上，进油管的进油端接在液压泵的出油端上；所述变量泵的进油口通过补偿管接在回油管上。
2.根据权利要求1所述的基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，其特征在于，所述液压泵的进出油路上并联接入有安全阀。
3.根据权利要求1所述的基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，其特征在于，所述进油管上还通过管道接有蓄能器，蓄能器与进油管之间的管道与补油管路之间呈并联式结构，且蓄能器与进油管之间的管道位于补油管路之间的位置。
4.根据权利要求1所述的基于液压变压器原理的离网型风力发电机组，其特征在于，所述变量泵的出油端接液压油箱的进油端，进油管的进油端接在液压泵的出油端上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111022247A (zh) * 2019-11-28 2020-04-17 广东电网有限责任公司 一种用于高压输电环境下施工的液压发电系统和制冷系统
CN114135255A (zh) * 2021-11-15 2022-03-04 内蒙古民族大学 风能与氢能联合储能供能抽油机能源系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104234939A (zh) * 2014-08-26 2014-12-24 燕山大学 一种储能式液压型风力发电机组

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