專利名稱：一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，尤其是涉及一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料能源的日益枯竭和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的自然、清潔和可持續(xù)再用的新能源與發(fā)電技術(shù)在全球得到了越來越多的重視和大力開發(fā)。尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在近20年得到了長足的進(jìn)步，不僅體現(xiàn)在風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上而且體現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)化方式以及發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與并網(wǎng)接入方面。目前，從風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)上可以將風(fēng)力機(jī)區(qū)分為垂直軸風(fēng)力機(jī)和水平軸風(fēng)力機(jī)兩種；而根據(jù)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否相等，又可以將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)區(qū)分為兩種，即恒速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用最多是變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是可以使風(fēng)力機(jī)在很大風(fēng)速范圍內(nèi)可以按最佳效率運(yùn)行。
相比較而言，變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并不要求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速保持恒定，它允許在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)捕獲風(fēng)能而發(fā)電，因而風(fēng)能利用率高，此時(shí)必須在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間接入電力電子變流器來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的一致性和當(dāng)電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障或風(fēng)速急速變化時(shí)保護(hù)系統(tǒng)免于故障。變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)正是電力電子變流器的制作成本高而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)成本上升，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。
近年來，將液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)用于傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的專利越來越多。
如專利號(hào)為200820058177的實(shí)用新型專利則是具體涉及一種液壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)。它利用液壓泵收集風(fēng)能，轉(zhuǎn)化成液壓能，并儲(chǔ)存在蓄能器中；再通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。該實(shí)用新型專利的特點(diǎn)是自重輕，利于塔筒受力和設(shè)備安裝，風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率高，便于儲(chǔ)存，可實(shí)現(xiàn)異地錯(cuò)時(shí)發(fā)電；通過液壓控制，減小風(fēng)力波動(dòng)對(duì)發(fā)電電壓的影響。專利號(hào)為201120405322的實(shí)用新型專利則是將風(fēng)力機(jī)輸出軸直接與液壓泵相連接，直接驅(qū)動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，液壓泵為外行星針輪擺線式，通過液壓管路與外行星針輪擺線式液壓馬達(dá)相連接，在壓力油的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，外行星針輪擺線式液壓馬達(dá)再與發(fā)電機(jī)組相連接并驅(qū)動(dòng)其發(fā)電。該專利裝置通過液壓管路來傳送動(dòng)力，可大大提高風(fēng)力機(jī)葉片的架空高度，從而提升風(fēng)速，提高風(fēng)力發(fā)電的功率。專利號(hào)為200910023081的發(fā)明專利則公開了一種用于風(fēng)力發(fā)電的液壓換能裝置，它通過第一聯(lián)軸節(jié)將液壓泵與風(fēng)力旋轉(zhuǎn)主軸連接，通過第二聯(lián)軸節(jié)將液壓馬達(dá)發(fā)電機(jī)連接，因此，液壓泵就能將風(fēng)力旋轉(zhuǎn)主軸產(chǎn)生的脈沖式動(dòng)能轉(zhuǎn)換為液壓能，并通過液壓出油管道傳遞到液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)則將液壓能轉(zhuǎn)換為恒定動(dòng)能輸出到發(fā)電機(jī)后發(fā)電。
以上專利的共同特點(diǎn)都是基于水平軸風(fēng)力機(jī)，并將包括液壓泵、液壓馬達(dá)及控制閥在內(nèi)的液壓裝置集中放置在水平軸風(fēng)力機(jī)位于高空的機(jī)艙內(nèi)，不僅增大了機(jī)艙的重量，而且增大了維護(hù)的難度和成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)恒頻發(fā)電、風(fēng)能轉(zhuǎn)化率高、維護(hù)成本低的分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件、液壓管路、液壓控制裝置、液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件通過液壓管路與液壓控制裝置連接，所述的液壓控制裝置、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)依次連接；
風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為液壓能輸出，風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件輸出的壓力油經(jīng)液壓管路輸送至液壓控制裝置，液壓控制裝置控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持恒定，液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出頻率穩(wěn)定的電能。
所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件設(shè)有多個(gè)，分別通過液壓管路與液壓控制裝置連接。
所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件包括垂直軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架、長傳動(dòng)軸、萬向節(jié)、錐軸承、彈性聯(lián)軸器、塔架基座、低速液壓泵、液壓泵安裝支架，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)在垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架上，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架設(shè)在塔架基座上，所述的長傳動(dòng)軸兩端通過萬向節(jié)分別連接垂直軸風(fēng)力機(jī)和錐軸承，所述的錐軸承、彈性聯(lián)軸器、低速液壓泵依次連接，所述的低速液壓泵設(shè)在液壓泵安裝支架上，并通過液壓管路與液壓控制裝置連接；
垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過萬向節(jié)、長傳動(dòng)軸、錐軸承、彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)低速液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，低速液壓泵將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。
所述的低速液壓泵連接有油箱。
所述的液壓控制裝置包括控制器、轉(zhuǎn)速傳感器、變量液壓缸、二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥，所述的控制器分別連接轉(zhuǎn)速傳感器、二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥，所述的轉(zhuǎn)速傳感器、三位四通比例方向閥、變量液壓缸均與液壓馬達(dá)連接，所述的二位三通比例方向閥與變量液壓缸連接；
轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)采集液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給控制器，控制器分別向二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥發(fā)送控制指令信號(hào)使液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持恒定。
所述的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在液壓馬達(dá)的輸出軸上。
所述的液壓管路上設(shè)有球形截止閥。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、不論風(fēng)速過高或過低，利用本發(fā)明的液壓控制裝置的控制與調(diào)節(jié)作用，總能保證發(fā)電機(jī)在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下恒頻發(fā)電，不再需要電子逆變與整流裝置。
2、本發(fā)明可以根據(jù)需要，采用多個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)+傳動(dòng)軸+液壓泵的分布式結(jié)構(gòu)，從而更加有效地吸收風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為電能輸出。
3、與現(xiàn)有其他結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，由于低速液壓泵及液壓控制裝置都布置在地面，使得設(shè)備運(yùn)營維護(hù)更加方便，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明液壓控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件、液壓管路10、液壓控制裝置11、液壓馬達(dá)12和發(fā)電機(jī)13，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件通過液壓管路10與液壓控制裝置11連接，所述的液壓控制裝置11、液壓馬達(dá)12、發(fā)電機(jī)13依次連接；風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為液壓能輸出，風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件輸出的壓力油經(jīng)液壓管路10輸送至液壓控制裝置11，液壓控制裝置11控制液壓馬達(dá)12的轉(zhuǎn)速保持恒定，液壓馬達(dá)12帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出頻率穩(wěn)定的電能。所述的液壓管路上設(shè)有球形截止閥。
風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)，分別通過液壓管路10與液壓控制裝置11連接，形成分布式，從而更加有效地吸收風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為電能輸出。
所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件包括垂直軸風(fēng)力機(jī)1、垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架3、長傳動(dòng)軸4、萬向節(jié)2、錐軸承5、彈性聯(lián)軸器6、塔架基座7、低速液壓泵8、液壓泵安裝支架9，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)I設(shè)在垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架3上，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架3設(shè)在塔架基座7上，所述的長傳動(dòng)軸4兩端通過萬向節(jié)2分別連接垂直軸風(fēng)力機(jī)I和錐軸承5，所述的錐軸承5、彈性聯(lián)軸器6、低速液壓泵8依次連接，所述的低速液壓泵8設(shè)在液壓泵安裝支架9上，并通過液壓管路10與液壓控制裝置11連接；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，垂直軸風(fēng)力機(jī)I的風(fēng)輪隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過萬向節(jié)2、長傳動(dòng)軸4、錐軸承5、彈性聯(lián)軸器6帶動(dòng)低速液壓泵8轉(zhuǎn)動(dòng)，低速液壓泵8將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。所述的低速液壓泵8連接有油箱。
如圖2所示，液壓控制裝置11包括控制器1101、轉(zhuǎn)速傳感器1102、變量液壓缸1103、二位三通比例方向閥1104和三位四通比例方向閥1105，所述的控制器1101分別連接轉(zhuǎn)速傳感器1102、二位三通比例方向閥1104和三位四通比例方向閥1105，所述的轉(zhuǎn)速傳感器1102、三位四通比例方向閥1105、變量液壓缸1103均與液壓馬達(dá)12連接，所述的轉(zhuǎn)速傳感器1102安裝在液壓馬達(dá)12的輸出軸上，所述的二位三通比例方向閥1104與變量液壓缸1103連接；轉(zhuǎn)速傳感器1102實(shí)時(shí)采集液壓馬達(dá)12的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給控制器1101，控制器1101分別向二位三通比例方向閥1104和三位四通比例方向閥1105發(fā)送控制指令信號(hào)使液壓馬達(dá)12的轉(zhuǎn)速保持恒定。液壓控制裝置11還包括蓄能器、帶電磁卸荷功能的比例壓力閥、壓力表、壓力傳感器和回油過濾器等。
當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定風(fēng)速后，垂直軸風(fēng)力機(jī)I的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過與之相連的萬向節(jié)2、長傳動(dòng)軸4、彈性聯(lián)軸器6等帶動(dòng)低速液壓泵8轉(zhuǎn)動(dòng)，低速液壓泵8將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出，此時(shí)輸出的壓力油經(jīng)液壓管路10并聯(lián)輸送至液壓控制裝置11，在液壓控制裝置11中匯集的壓力油則驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)12帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)后產(chǎn)生電能輸出。而當(dāng)風(fēng)速過高，則低速液壓泵8轉(zhuǎn)速增大后使之輸出流量增大，因而液壓馬達(dá)12與發(fā)電機(jī)13的轉(zhuǎn)速也隨之增大，此時(shí)安裝在液壓馬達(dá)12輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器1102則將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋回控制器1101，從而控制器1101發(fā)出控制指令信號(hào)分別控制二位三通比例方向閥1104操縱變量液壓缸1103使液壓馬達(dá)12的排量增大，同時(shí)三位四通比例方向閥1105的閥口打開減小進(jìn)入液壓馬達(dá)12的流量，從而迅速降低液壓馬達(dá)12的轉(zhuǎn)速至恒定值。反之，當(dāng)風(fēng)速降低，則低速液壓泵8轉(zhuǎn)速降低后使之輸出流量減少，因而液壓馬達(dá)12與發(fā)電機(jī)13的轉(zhuǎn)速也隨之降低，此時(shí)安裝在液壓馬達(dá)12輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器1102則將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋回控制器1101，從而控制器1101發(fā)出控制指令信號(hào)分別控制二位三通比例方向閥1104操縱變量液壓缸1103使液壓馬達(dá)12的排量減小，同時(shí)三位四通比例方向閥1105的閥口關(guān)閉增大進(jìn)入液壓馬達(dá)12的流量，從而迅速增大液壓馬達(dá)12的轉(zhuǎn)速至恒定值。
因而不論風(fēng)速過高或過低，利用本發(fā)明的液壓控制裝置的控制與調(diào)節(jié)作用，總能保證發(fā)電機(jī)在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下恒頻發(fā)電，不再需要電子逆變與整流裝置。同時(shí)，還可以根據(jù)需要，采用多個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)+傳動(dòng)軸+液壓泵的分布式結(jié)構(gòu)與液壓控制裝置相結(jié)合，從而更加有效地吸收風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為電能輸出。另外與現(xiàn)有其他結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，由于低速液壓泵及液壓控制裝置都布置在地面，使得設(shè)備運(yùn)營維護(hù)更加方便，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。
權(quán)利要求
1.一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,包括風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件、液壓管路、液壓控制裝置、液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件通過液壓管路與液壓控制裝置連接，所述的液壓控制裝置、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)依次連接； 風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為液壓能輸出，風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件輸出的壓力油經(jīng)液壓管路輸送至液壓控制裝置，液壓控制裝置控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持恒定，液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出頻率穩(wěn)定的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件設(shè)有多個(gè)，分別通過液壓管路與液壓控制裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件包括垂直軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架、長傳動(dòng)軸、萬向節(jié)、錐軸承、彈性聯(lián)軸器、塔架基座、低速液壓泵、液壓泵安裝支架，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)在垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架上，所述的垂直軸風(fēng)力機(jī)塔架設(shè)在塔架基座上，所述的長傳動(dòng)軸兩端通過萬向節(jié)分別連接垂直軸風(fēng)力機(jī)和錐軸承，所述的錐軸承、彈性聯(lián)軸器、低速液壓泵依次連接，所述的低速液壓泵設(shè)在液壓泵安裝支架上，并通過液壓管路與液壓控制裝置連接； 垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過萬向節(jié)、長傳動(dòng)軸、錐軸承、彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)低速液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，低速液壓泵將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的低速液壓泵連接有油箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的液壓控制裝置包括控制器、轉(zhuǎn)速傳感器、變量液壓缸、二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥，所述的控制器分另連接轉(zhuǎn)速傳感器、二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥，所述的轉(zhuǎn)速傳感器、三位四通比例方向閥、變量液壓缸均與液壓馬達(dá)連接，所述的二位三通比例方向閥與變量液壓缸連接； 轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)采集液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給控制器，控制器分別向二位三通比例方向閥和三位四通比例方向閥發(fā)送控制指令信號(hào)使液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng),其特征在于，所述的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在液壓馬達(dá)的輸出軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的液壓管路上設(shè)有球形截止閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式液控穩(wěn)頻垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件、液壓管路、液壓控制裝置、液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)，所述的風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件通過液壓管路與液壓控制裝置連接，所述的液壓控制裝置、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)依次連接；風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為液壓能輸出，風(fēng)力液壓傳動(dòng)組件輸出的壓力油經(jīng)液壓管路輸送至液壓控制裝置，液壓控制裝置控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持恒定，液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出頻率穩(wěn)定的電能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能夠?qū)崿F(xiàn)恒頻發(fā)電、風(fēng)能轉(zhuǎn)化率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK103195667SQ20131014826
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者廖天明, 陳忠衛(wèi) 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司, 上海僖舜萊機(jī)電設(shè)備制造有限公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司