CN1737363A - 风力发电液压耦合控制系统及控制方法 - Google Patents
风力发电液压耦合控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属风力发电控制系统,特别涉及一种风力发电液压耦合控制系统及控制方法,由数个风力机(5)、齿轮箱(6)和发电机(17)等部件组成,在齿轮箱(6)出轴端和发电机(17)之间装有液压泵系统(1)、限压系统(2)、压力补偿系统(3)、恒流恒速系统(4)和制动系统(4-1),风力机的转数随风速变化时,不会导致发电机发电的输出电压和频率不稳定;有利于发电机并网运行;可实现利用中型风力机群组成大型风力发电系统,其容量可达汽发电系统水平,系统端设有压力补偿系统,能保证有足够的转矩输出;可使风力机在最大效率转速下长期工作。
Description
技术领域
本发明属风力发电控制系统,特别涉及一种风力发电液压耦合控制系统及控制方法。
技术背景
目前,世界上风力发电机尽管多种多样,归纳起来,可分为水平轴风力机和垂直轴风力机两种,其主要结构基本相同,由叶轮、齿轮箱、发电机和塔架组成,其工作原理是由叶轮将风能转化为机械能,再由机械能转化为电能,上述两种风力发电系统主要存在问题是:风力机的转数随风速的变化而变化,导至发电机输出电压和频率不稳定,不利于发电机并网运行;单台发电机容量小;维修困难,特别是巨型或大型风力机故障时维修十分困难,且维修费用高,一些大型风力机,因此而不能投入使用;风速过低时系统将终断发电。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足,提供一种保证发电机输出电压和频率稳定、有利于发电机并网运行,单台发电机容量大,易于维修,使一些大型风力机能投入使用,风速过低时照常能发电的风力发电液压耦合控制系统及控制方法。
本发明解决技术问题采用的技术方案是:一种主要由数个风力机、齿轮箱和发电机等部件组成的风力发电液压耦合控制系统,其特点是在齿轮箱出轴端和发电机之间装有液压泵系统、限压系统、压力补偿系统、恒流恒速系统和制动系统;液压系统它包括数台液压泵、带磁性滤芯过滤器、泵插装式单向锥阀DJV1~DJVn、插装式溢流锥阀JV12、压力继电器SP1、压力表By1、比例溢流阀YL1、冷却器和油池;液压泵的转子与齿轮箱出轴固定连接,液压泵的A吸油入口与油池之间装有带磁性滤芯过滤器,液压泵的高压B出口与泵插装式单向锥阀DJV1、DJV2、……DJVn的A入口连接,数个泵插装式单向锥阀DJV1~DJVn的B出口并联并接压力继电器SP1、压力表By1和插装式溢流锥阀JV12的A入口;插装式溢流锥阀JV12的B出口接冷却器A入口,冷却器的B出口接到油池内,插装式溢流锥阀JV12的C出口接比例溢流阀YL1的A入口和C口,B出口接冷却器A入口,D端接控制信号;限压系统它包括:插装式单向锥阀JV3、JV4,插装式调节单向锥阀JV6、JV7,插装式溢流阀JV13、JV14,电磁阀YV2、YV3,压力调节阀VP1、VP2,截止开关KV1、KV2,压力继电器SP2~SP4和压力表By2;JV6、JV7的A入口分别与DJV1~DJVn的B出口及YV2、YV3的P口连接,C口分别接YV2、YV3的A口;JV3、JV4的B出口分别接C口、JV14、JV13的A入口、SP3、SP2、SP4、SP5、By2和KV2、KV1的一端;JV13、JV14的B出口分别接KV1、KV2的另一端和油池,C口分别接VP1、VP2的A、C口;YV2、YV3的T口分别接VP1、VP2的B出口和油池;压力补偿稳压系统它包括:一、二号蓄能器,一、二号蓄气瓶,压力继电器SP5,压力表By3~By5和截止开关KV3~KV6;一、二号蓄能器的A口分别接JV3、JV4的B出口、SP2、SP4、SP5和By3、By2,B口分别接一、二号蓄气瓶、KV3、KV5、KV6一端;KV3、KV5另一端接充气系统;KV4、KV6另一端分别接By4、By5;恒流恒速系统它包括:插装式调节单向锥阀JV8~JV11,电磁阀YV4、YV5,比例调速阀BS1、BS2,电磁阀YV4、YV5,压力表By6,液压马达和转速表;JV8、JV9的A入口分别接一、二号蓄能器的A口,B口分别接C口,JV10、JV11的A入口和YV4、YV5的P口;YV10、YV11的B口分别接BS1、BS2的A入口,C口分别接YV4、YV5的B口;YV4、YV5的T口接油池;BS1、BS2的B出口并联接液压马达A入口,BS1、BS2的D出口接油池;液压马达出轴和发电机主轴固定连接,液压马达的转数由转数仪测出;制动系统它包括:电磁阀YV6、YV7,压力调节阀VP3,插装式单向阀JV5和插装式溢流阀JV15;JV5的A口接YV6的P口、BS2、BS1的B口和液压马达的A口,B口接油池、VP3的B口和JV15的B口,C口接YV6的B口;JV15的A口接By6和液压马达的B口,C口接VP3的A、C口和YV7的A口;YV6、YV7的T口均接油池;风力发电液压耦合控制系统的控制方法有二种,第一种控制方法:首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,向一、二号蓄能器、蓄气瓶充气,当压力达到系统压力的70%~95%时,关闭KV3、KV5;然后起动数个风力机,通过齿轮箱带动液压柱塞泵转动,油池中的油经带磁性滤芯过滤器进入液压柱塞泵A入口,高压油从液压柱塞泵B出口进入DJV1~DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器A入口充压力油,当压力油达到系统压力后,YV4失电,系统的压力油通过JV8、JV10、BS1进入液压马达,液压马达旋转带动发电机发电;液压马达的转数由转数仪测出,通过转速仪的转数大小,用电信号自动控制BS1通过压力油的流量大小;当风力机转速下降时,系统压力降低,一号蓄能器从A口放油,维持系统压力不变,供液压马达正常旋转,带动发电机发电;第二种控制方法:首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,向一、二号蓄能器、蓄气瓶充气,当压力达到系统压力时,关闭KV3、KV5;然后起动数个风力机,通过齿轮箱带动液压柱塞泵转动,油池中的油经带磁性滤芯器进入液压柱塞泵A入口,高压油从液压柱塞泵B出口进入DJV1~DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器A入口充压力油;当压力油达到系统压力后,YV2、YV5得电,JV6开通,压力油从JV6的A口流入B口,再进入JV4的A口,再从JV4的B口向二号蓄能器充压力油;同时,YV3、YV4失电,一号蓄能器内的压力油通过JV8、JV10、BS1推动液压马达旋转,带动发电机转动发电;当一号蓄能器油压力不足时,二号蓄能器投入运行,一、二号蓄能器交替向液压马达供油,液压马达带动发电机发电。
本发明的有益效果是:当风力机的转数随风速变化时,不会导至发电机发电的输出电压和频率不稳定;有利于发电机并网运行;可实现利用中型风力机群组成大型风力发电系统,其容量可达汽发电系统水平,系统端设有压力补偿系统,能保证有足够的转矩输出;可使风力机在最大效率转速下长期工作。
附图说明
以下结合附图以实施例具体说明。
图1示风力发电液压耦合控制系统液压系统原理图。
图中,1-液压泵系统;2-限压系统;3-压力补偿稳压系统;4-恒流恒速系统;4-1-制动系统;5-风力机;6-齿轮箱;7-液压柱塞泵;8-冷却器;9-带磁性滤芯过滤器;10-油池;11-一号蓄能器;12-二号蓄能器;13-一号蓄气瓶;14-二号蓄气瓶;15-转速仪;16-液压马达;17-发电机;DJV1、DJV2、DJVn-泵插装式单向阀;JV3~JV5-插装式单向锥阀;JV6~JV11-插装式调节单向锥阀;JV12~JV15-插装式溢流锥阀;VP1~VP3-压力调节阀;By1~By6-压力表;SP1~SP5-压力继电器;KV1~KV6-截止开关;BS1、BS2-比例调速阀;YV1~YV7-电池阀;YL1~YL5-比例溢流阀
具体实施方式
参照附图,一种主要由三个风力机5、三个齿轮箱6和发电机17等主要部件组成的风力发电液压耦合控制系统,其特点是在齿轮箱6出轴端和发电机17之间装有液压泵系统1,限压系统2、压力补偿稳压系统3恒流恒速系统4和制动系统4-1。液压泵系统1它包括三台柱塞泵7,三个带磁性滤芯过滤器9,三个泵插装式单向锥阀DJV1、DJV2、DJVn,插装式溢流阀JV12,压力继电器SP1,压力表By1,比例溢流阀YL1,冷却器8和油池10;液压柱塞泵7的转子与齿轮箱6的轴固定连接,液压柱塞泵7的A吸油入口与油池10之间装有带磁性滤芯过滤器9,液压柱塞泵7的B高压油出口与DJV1、DJV2、DJVn的A入口连接,三个DJV1、DJV2、DJVn的B出口并联并接SP1、By1和JV12的A入口,JV12的B出口接冷却器8的A入口,B出口接到油池10内;JV12的C出口接YL1的A入口和C口,B出口接冷却器8的A入口,D端接控制信号;压力继电器SP1和比例溢流阀YL1的D端接入电气控制系统中;插装溢流锥阀JV12是系统过压保护的。限压系统2它包括:插装式单向锥阀JV3、JV4,插装式调节单向锥阀JV6、JV7,插装式溢流锥阀JV13、JV14,电磁阀YV2、YV3,压力调节阀VP1、VP2,截止开关Ky1、Ky2,压力继电器SP2~SP4和压力表By2;JV6、JV7的A入口与DJV1、DJV2、DJVn的B出口、C口和YV2、YV3的P口连接,C口分别接YV2、YV3的A口;JV3、JV4的B出口分别接C口、JV14、JV13的A入口,SP3、SP2、SP4、By2和Ky2、Ky1一端;Jy13、Jy14的B出口分别接KV1、KV2的另一端和油池10,C口分别接VP1、VP2的A、C口;YV2、YV3的T口分别接VP1、VP2的B出口和油池10。压力补偿稳压系统3它包括:一、二号蓄能器11、12,一、二号蓄气瓶13、14,压力继电器SP5,压力表By3~By5和截止开关KV3~KV6;一、二号蓄能器11、12的A口分别接JV3、JV4的B出口、SP2、SP4、SP5和By3、By2,B口分别接一、二号蓄气瓶13、14,KV3、KV5、KV6一端;KV3、KV5另一端接充气系统;KV4、KV6另一端分别接By4、By5。恒流恒速系统4它包括:插装式调节单向锥阀JV8~JV11,电磁阀YV4、YV5,比例调速阀BS1、BS2,电磁阀YV4、YV5,压力表By6,液压马达16和转速仪15;JV8、JV9的A入口分别接一、二号蓄能器11、12的A口,B口分别接C口,JV10、JV11的A入口和YV4、YV5的P口;YV10、YV11的B口分别接BS1、BS2的A入口,C口分别接YV4、YV5的B口,YV4、YV5的T口接油池10;BS1、BS2的B出口并联接液压马达16的A入口;液压马达16出轴与发电机17主轴固定连接,液压马达16的转数由转数仪15测出;转速通过BS1、BS2的C端电信号,对其BS1和BS2的随机控制;BS1、BS2的D出口接油池10。制动系统4-1它包括:电磁阀YV6、YV7,压力调节阀VP3,插装式单向阀JV5和插装式溢流阀JV15;JV5的A口接YV6的P口、BS2、BS1的B口和液压马达16的A口、B口接油池10、VP3的B口和JV15的B口,C口接YV6的B口;JV15的A口接By6和液压马达16的B口,C口接VP3的A、C口和YV7的A口;YV6、YV7的T口均接油池10。
风力发电液压耦合控制系统的控制方法有两种,第一种方法:首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,用充气系统向一、二号蓄能器11、12和一、二号蓄气瓶13、14充氮气,当压力达到设定的系统压力时,关闭KV3、KV5;然后起动三个风力机5,通过齿轮箱6带动液压柱塞泵7转动,油池10中的油经带磁性滤芯过滤器9的过滤进入液压柱塞泵7的A入口,高压油从液压柱塞泵7的B出口进入DJV1、DJV2、DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器A入口充压力油,当压力调至系统压力后,YV4失电,系统中的压力油通过JV8、JV10、BS1进入液压马达16,液压马达16旋转带动发电机17发电;液压马达16的转数由转速仪15测出,通过转速仪15的转数大小,用电信号自动控制BS1的通过压力油的流量大小;当风力机5下降时(风力减小),系统压力降低,一号蓄能器11从A口放油,维持系统压力不变,供液压马达16正常旋转,带动发电机17发电。这种方法液压马达16的压力油主要依靠液压泵系统1、限压系统2、恒流恒转速系统4供给,当系统压力油压力降低时由压力补偿稳压系4中的一号蓄能器11给予补充;限位系统2和压力补偿稳压系统3均一套工作,一套作为备用。
第二种控制方法:开始阶段同第一种方法相同,首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,向一、二号蓄能器11、12,一、二号蓄气瓶13、14充氮气,当压力达到系统设定的压力时,关闭KV3、KV5;起动三个风力机5,通过齿轮箱6带动液压柱塞泵7转动,油池10中的油经带磁性滤芯过滤器9进入液压柱塞泵7的A入口,高压油从液压柱塞泵7的B出口进入DJV1、DJV2、DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器11的A入口充压力油;当压力油达到系统压力后,YV2、YV1得电,JV6开通,压力油从JV6的A口流入B口,再进入JV4的A口,再从JV4的B口向二号蓄能器12充压力油;与此同时,YV3、YV4失电,一号蓄能器11内的压力油,通过JV8、JV10、BS1推动液压马达16旋转,带动发电机17转动发电;当一号蓄能器11压力不足时,二号蓄能器12投入运行,一、二号蓄能器11、12交替向液压马达16供油,液压马达16带动发电机17发电,这种方法的特点是:液压马达16高压油是由压力补偿稳压系统3中的一、二号蓄能器11、12中供给的。
当液压系统突然停电或发生紧急事故需停止发电机17运转时,电磁阀YV4、YV5、YV6、YV7失电,一号、二号蓄能器11、12内压力油经JV8、JV9、JV10、JV11、BS1、BS2进入液压马达16的A入口,同时经JV5流回油池10,液压马达16的B口液压油进入JV15的A入口,产生油压力后,推动液压马达16快速制动。
Claims (8)
1、一种风力发电液压耦合控制系统,由数个风力机(5)、齿轮箱(6)和发电机(17)等部件组成,其特征在于在齿轮箱(6)出轴端和发电机(17)之间装有液压泵系统(1)、限压系统(2)、压力补偿系统(3)、恒流恒速系统(4)和制动系统(4-1)。
2、根据权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统,其特征在于液压系统(1)它包括数台液压泵(7)、带磁性滤芯过滤器(9)、泵插装式单向锥阀DJV1~DJVn、插装式溢流锥阀JV12、压力继电器SP1、压力表By1、比例溢流阀YL1、冷却器(8)和油池(10);液压泵(7)的转子与齿轮箱(6)出轴固定连接,液压柱塞泵(7)的A吸油入口与油池(10)之间装有带磁性滤芯过滤器(9),液压柱塞泵泵(7)的高压B出口与泵插装式单向锥阀DJV1、DJV2、……DJVn的A入口连接,数个泵插装式单向锥阀DJV1~DJVn的B出口并联并接压力继电器SP1、压力表By1和插装式溢流锥阀JV12的A入口;插装式溢流锥阀JV12的B出口接冷却器(8)A入口,冷却器(8)的B出口接到油池(10)内,插装式溢流锥阀JV12的C出口接比例溢流阀YL1的A入口和C口,B出口接冷却器(8)A入口,D端接控制信号。
3、根据权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统,其特征在于限压系统(2)它包括:插装式单向锥阀JV3、JV4,插装式调节单向锥阀JV6、JV7,插装式溢流阀JV13、JV14,电磁阀YV2、YV3,压力调节阀VP1、VP2,截止开关KV1、KV2,压力继电器SP2~SP4和压力表By2;JV6、JV7的A入口分别与DJV1~DJVn的B出口及YV2、YV3的P口连接,C口分别接YV2、YV3的A口;JV3、JV4的B出口分别接C口、JV14、JV13的A入口、SP3、SP2、SP4、SP5、By2和KV2、KV1的一端;JV13、JV14的B出口分别接KV1、KV2的另一端和油池(10),C口分别接VP1、VP2的A、C口;YV2、YV3的T口分别接VP1、VP2的B出口和油池(10)。
4、根据权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统,其特征在于压力补偿稳压系统(3)它包括:一、二号蓄能器(11)、(12),一、二号蓄气瓶(13)、(14),压力继电器SP5,压力表By3~By5和截止开关KV3~KV6;一、二号蓄能器(11)、(12)的A口分别接JV3、JV4的B出口、SP2、SP4、SP5和By3、By2,B口分别接一、二号蓄气瓶(13)、(14)、KV3、KV5、KV6一端;KV3、KV5另一端接充气系统;KV4、KV6另一端分别接By4、By5。
5、根据权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统,其特征在于恒流恒速系统(4)它包括:插装式调节单向锥阀JV8~JV11,电磁阀YV4、YV5,比例调速阀BS1、BS2,电磁阀YV4、YV5,压力表By6,液压马达(16)和转速仪(15);JV8、JV9的A入口分别接一、二号蓄能器(11)、(12)的A口,B口分别接C口,JV10、JV11的A入口和YV4、YV5的P口;YV10、YV11的B口分别接BS1、BS2的A入口,C口分别接YV4、YV5的B口;YV4、YV5的T口接油池(10);BS1、BS2的B出口并联接液压马达(16)A入口,BS1、BS2的D出口接油池(10);液压马达(16)出轴和发电机(17)主轴固定连接,液压马达(16)的转数由转数仪(15)测出。
6、根据权利要求所述1的风力发电液压耦合控制系统,其特征在于制动系统(4-1)它包括:电磁阀YV6、YV7,压力调节阀VP3,插装式单向阀JV5和插装式溢流阀JV15;JV5的A口接YV6的P口、BS2、BS1的B口和液压马达(16)的A口,B口接油池(10)、VP3的B口和JV15的B口,C口接YV6的B口;JV15的A口接By6和液压马达(16)的B口,C口接VP3的A、C口和YV7的A口;YV6、YV7的T口均接油池(10)。
7、一种采用权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统的控制方法,其特征在于该控制系统的控制方法,首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,向一、二号蓄能器(11)、(12)、蓄气瓶(13)、(14)充气,当压力达到系统压力的70%~95%时,关闭KV3、KV5;然后起动数个风力机(5),通过齿轮箱(6)带动液压柱塞泵(7)转动,油池(10)中的油经带磁性滤芯过滤器(9)进入液压柱塞泵(7)A入口,高压油从液压柱塞泵(7)B出口进入DJV1~DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器(11)A入口充压力油,当压力油达到系统压力后,YV4失电,系统的压力油通过JV8、JV10、BS1进入液压马达(16),液压马达(16)旋转带动发电机(17)发电;液压马达(16)的转数由转数仪(15)测出,通过转速仪(15)的转数大小,用电信号自动控制BS1通过压力油的流量大小;当风力机(5)转速下降时,系统压力降低,一号蓄能器(11)从A口放油,维持系统压力不变,供液压马达(16)正常旋转,带动发电机(17)发电。
8、一种采用权利要求1所述的风力发电液压耦合控制系统的控制方法,其特征在于该控制系统的控制方法:首先打开KV3、KV5和KV4、KV6,向一、二号蓄能器(11)、(12)、一、二号蓄气瓶(13)、(14)充气,当压力达到系统压力时,关闭KV3、KV5;然后起动数个风力机(5),通过齿轮箱(6)带动液压柱塞泵(7)转动,油池(10)中的油经带磁性滤芯器(9)进入液压柱塞泵(7)A入口,高压油从液压柱塞泵(7)B出口进入DJV1~DJVn的A入口,此时YV4、YV3得电,压力油从JV7的B出口进入JV3的A入口,打开单向阀,从JV3的B出口向一号蓄能器(11)A入口充压力油;当压力油达到系统压力后,YV2、YV5得电,JV6开通,压力油从JV6的A口流入B口,再进入JV4的A口,再从JV4的B口向二号蓄能器(12)充压力油;同时,YV3、YV4失电,一号蓄能器(11)内的压力油通过JV8、JV10、BS1推动液压马达(16)旋转,带动发电机(17)转动发电;当一号蓄能器(11)油压力不足时,二号蓄能器(12)投入运行,一、二号蓄能器(11)、(12)交替向液压马达(16)供油,液压马达(16)带动发电机(17)发电。
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