CN204344375U - 一种液压型风力发电机组低风速启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液压型风力发电机组低风速启动系统，它包括风轮(1)、定量泵(2)、高压油路(3)、电磁比例节流阀(4)、变量马达(5)、发电机(6)、低压油路(7)。本实用新型采用电磁比例节流阀完成液压主传动系统油路的切换，在风速较低不足以启动液压型风力发电机组时，可降低发电机组的启动风速，避免了风能的浪费，同时由于该阀的节流作用，可使油路切换平缓，避免冲击。本实用新型既实现了液压型风力发电机组的低风速启动，提高了风能利用率，又避免了冲击，实现了变量马达的平缓启动。

Description

一种液压型风力发电机组低风速启动系统

技术领域

本实用新型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，采用液压传动与控制系统代替传统的齿轮箱传动系统和直驱式传动系统，特别涉及一种液压型风力发电机组低风速启动系统。

背景技术

随着资源紧缺，世界各国开始寻求可再生的清洁能源，而风能资源丰富，加之风能发电成本低，市场前景广阔，所以风力发电日益受到世界各国重视。

传统的风力发电机组多为齿轮箱传动式和直驱传动式。齿轮箱传动式通过增速齿轮机构实现风力机低速端向发电机高速端的过渡，该机型技术相对成熟，但可靠性低、噪声大；直驱传动式风力机与发电机直接相连，通过电力电子系统控制实现并网发电，该机型可靠性高，但整体控制相对复杂。

液压型风力发电机组作为一种新型发电机组，采用定量泵-变量马达液压传动系统实现风力机到发电机的功率传输，与传统风力发电机组相比，提高了发电质量，降低了机舱重量，减小了对电网的冲击。

低风速启动是液压型风力发电机组面临的重要技术问题之一，也是机组正常运行的必要要求。风力发电机组在启动时，由于风轮惯量大，低风速启动困难，同时还要克服风力发电机组中所有轴承的摩擦阻力转矩，驱动发电机时的电磁阻力转矩以及液压系统负载产生的阻力。当风速达到风力发电机组可切入发电的最低风速时，风力发电机组通过风轮获得的转矩不足以克服启动阻力，未能达到风力发电机组最低运行转速，不能持续发电，造成风能的浪费。

为解决上述问题，国内外相关学者对风力发电机组低风速启动问题展开研究。一方面，通过调整叶片结构与数目改善风轮结构，实现低风速启动，该方 法有效地提高了风轮对风能的利用率，但增加了塔架负载，成本费用较高；另一方面，通过改进发电机结构或切换电路，以减小电磁阻力矩，完成低风速启动，该方法可靠性高，但控制相对复杂。

综上所述，现有的低风速启动方法大多成本较高或控制复杂。为克服技术缺陷，亟需提供一种新型的液压型风力发电机组低风速启动系统。

实用新型内容

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种液压型风力发电机组低风速启动系统。该系统可以使风力发电机组在较低风速下启动运行，并且具有切换平缓，避免冲击的特点。

针对上述技术中的缺陷，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种液压型风力发电机组低风速启动系统，其硬件设施包括：风轮1、定量泵2、高压油路3、电磁比例节流阀4、变量马达5、发电机6、低压油路7、补油电机8、补油泵9、第一单向阀10、溢流阀11、补油油箱12、高压安全阀13、泄油油箱14、低压安全阀15、第二单向阀16、油箱17、启动控制器18、风速传感器19、第一转速转矩传感器20、第一压力传感器21、第二压力传感器22、流量传感器23、位移传感器24、第二转速转矩传感器25；其中：风轮1直接与定量泵2同轴连接，并在连接轴上布置第一转速转矩传感器20，风轮附近安装风速传感器19；定量泵2吸油口从低压油路7吸油，压油口通过高压油路3输出高压油，并在高压油路3布置第一压力传感器21；高压油路3分别与电磁比例节流阀4、变量马达5吸油口连接，并在连接变量马达5的油路上布置流量传感器23，变量马达5回油口与低压油路7相连；变量马达5同轴驱动发电机6发电，并在连接轴上安装第二转速转矩传感器25；补油泵9由补油电机8驱动，其吸油口与补油油箱12相连，其压油口连接第一单向阀10的一端，第一单向 阀10的另一端连接到低压油路7，并在该端布置第二压力传感器22，溢流阀11跨接在补油泵9压油口与补油油箱12之间；高压安全阀13跨接在高压油路3与泄油油箱14之间，低压安全阀15跨接在低压油路7与泄油油箱14之间，第二单向阀16的一端连接泄油油箱14，另一端连接到低压油路7；位移传感器24布置于变量马达5；启动控制器18输入端分别连接风速传感器19、第一转速转矩传感器20、第一压力传感器21、第二压力传感器22、流量传感器23、位移传感器24和第二转速转矩传感器25，其输出端分别连接电磁比例节流阀4和变量马达5。

本实用新型的工作过程是：外界风速通过风轮1带动定量泵2转动，当其转矩不足以克服启动的阻力转矩，即风力发电机组的转速小于风力发电机组最低运行转速时，上述电磁比例节流阀4节流开口度最大，即没有节流作用，油液通过电磁比例节流阀4流入油箱17，从而减轻启动负载，加快定量泵2的转速；当风力发电机组转速达到最低运行转速，电磁比例节流阀4起节流作用，从而启动变量马达5；待流量全部进入变量马达5，电磁比例节流阀4关闭节流口，完成低风速启动过程。

由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，有以下有益效果：

1)采用该低风速启动系统，可降低液压型风力发电机组的启动风速，增加低风区的发电量，提高风能利用率；

2)采用电磁比例节流阀控制，可实现油路的平缓切换，减少冲击，启动马达系统。

附图说明

图1表示本实用新型的液压系统原理图

图2表示本实用新型的工作流程图

图3表示本实用新型的能量转换图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

一种液压型风力发电机组低风速启动系统，其液压系统原理图如图1所示，图中元件有：风轮1、定量泵2、高压油路3、电磁比例节流阀4、变量马达5、发电机6、低压油路7、补油电机8、补油泵9、第一单向阀10、溢流阀11、补油油箱12、高压安全阀13、泄油油箱14、低压安全阀15、第二单向阀16、油箱17、启动控制器18、风速传感器19、第一转速转矩传感器20、第一压力传感器21、第二压力传感器22、流量传感器23、位移传感器24、第二转速转矩传感器25。

风轮1与定量泵2同轴连接，将风能转化为机械能；定量泵2的压油口经高压油路3分别与电磁比例节流阀4及变量马达5吸油口相接，变量马达5的回油口经低压油路7与定量泵2的吸油口相接，定量泵2可将机械能转化为液压能；补油泵9由补油电机8带动，吸油口与补油油箱12相连，压油口通过第一单向阀10与低压油路7相连，在电磁比例节流阀4节流开口度最大时，为风力发电机组提供油源；溢流阀11跨接在补油泵9压油口与补油油箱12之间，设定补油泵9出口压力；高压安全阀13跨接在高压油路3与泄油油箱14之间，低压安全阀15跨接在低压油路7与泄油油箱14之间，其作用分别是防止高压油路3与低压油路7压力过载；第二单向阀16一端与泄油油箱14相连，另一端与低压油路7相连，当电磁比例节流阀4节流开口度最大，补油泵9所补油量不足时，由泄漏油箱14通过第二单向阀16向低压油路7补油；变量马达5与发电机6同轴连接，驱动发电机6发电。

启动控制器18通过风速传感器19、第一转速转矩传感器20、第一压力传感器21、第二压力传感器22分别采集风速、叶轮转速转矩、高压油路压力、补 油泵出口压力信号，从而控制电磁比例节流阀4的节流开口度最大，系统油液经电磁比例节流阀4卸荷，此时油液由补油泵9压油口通过第一单向阀10向系统补油；当转速达到最低运行转速后，启动控制器18发出信号使电磁比例节流阀4开始节流，油液分流进入变量马达5，启动变量马达5；启动控制器18通过流量传感器23、位移传感器24、第二转速转矩传感器25分别采集流入变量马达5流量、变量马达5斜盘摆角、发电机6转速信号，以控制变量马达5的斜盘摆角；当该低转速下全部流量进入变量马达5，启动控制器18发出信号使电磁比例节流阀4关闭节流口，变量马达5正常运行。启动结束。

图2为本实用新型的工作流程图。控制系统实时监控定量泵2转速，当其转速未达到最低运行转速时，电磁比例节流阀4依旧工作在节流开口度最大的状态；当其转速达最低运行转速时，启动控制器18向电磁比例节流阀4与变量马达5发出控制信号，电磁比例节流阀4开始节流，启动变量马达5，并且控制变量马达5斜盘摆角调整；当流入变量马达5流量达到该转速下全部流量时，启动控制器18发出信号，电磁比例节流阀4关闭节流口，变量马达5正常运转，启动过程结束。

图3为本实用新型的能量转换图。风能通过叶轮1转换为机械能，液压传动部分的定量泵2可将该机械能转换为液压能，液压能传递至电磁比例节流阀4，当电磁比例节流阀4节流开口度最大时，液压能损失掉；当电磁比例节流阀4处于节流状态以及其关闭节流口时，变量马达5运转，由变量马达5将液压能转换为机械能，变量马达5带动发电机6将机械能转换为电能。

本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型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实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种液压型风力发电机组低风速启动系统，其特征在于：它包括风轮(1)、定量泵(2)、高压油路(3)、电磁比例节流阀(4)、变量马达(5)、发电机(6)、低压油路(7)、补油电机(8)、补油泵(9)、第一单向阀(10)、溢流阀(11)、补油油箱(12)、高压安全阀(13)、泄油油箱(14)、低压安全阀(15)、第二单向阀(16)、油箱(17)、启动控制器(18)、风速传感器(19)、第一转速转矩传感器(20)、第一压力传感器(21)、第二压力传感器(22)、流量传感器(23)、位移传感器(24)、第二转速转矩传感器(25)；

其中：风轮(1)直接与定量泵(2)同轴连接，并在连接轴上布置第一转速转矩传感器(20)，风轮附近安装风速传感器(19)；定量泵(2)吸油口从低压油路(7)吸油，压油口通过高压油路(3)输出高压油，并在高压油路(3)布置第一压力传感器(21)；高压油路(3)分别与电磁比例节流阀(4)、变量马达(5)吸油口连接，并在连接变量马达(5)的油路上布置流量传感器(23)，变量马达(5)回油口与低压油路(7)相连；变量马达(5)同轴驱动发电机(6)发电，并在连接轴上安装第二转速转矩传感器(25)；补油泵(9)由补油电机(8)驱动，其吸油口与补油油箱(12)相连，其压油口连接第一单向阀(10)的一端，第一单向阀(10)的另一端连接到低压油路(7)，并在该端布置第二压力传感器(22)，溢流阀(11)跨接在补油泵(9)压油口与补油油箱(12)之间；高压安全阀(13)跨接在高压油路(3)与泄油油箱(14)之间，低压安全阀(15)跨接在低压油路(7)与泄油油箱(14)之间，第二单向阀(16)的一端连接泄油油箱(14)，另一端连接到低压油路(7)；位移传感器(24)布置于变量马达(5)；启动控制器(18)输入端分别连接风速传感器(19)、第一转速转矩传感器(20)、第一压力传感器(21)、第二压力传感器(22)、流量传感器(23)、位移传感器(24)和第二转速转矩传感器(25)，其输出端分别连接 电磁比例节流阀(4)和变量马达(5)。