基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變速恒頻控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變速恒頻控制方法，涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，包括葉輪及與葉輪依次連接的第一聯(lián)軸器、液力變速器、第二聯(lián)軸器和永磁同步發(fā)電機(jī)，液力變速器包括殼體、能量傳遞單元、補(bǔ)油單元和控制器。本發(fā)明可以通過液壓傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)較大范圍的變速恒頻工況，減輕傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速波動(dòng)，降低傳動(dòng)系統(tǒng)的故障率，同時(shí)液壓變速器將傳統(tǒng)變量泵變量馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了整合，極大的減輕了整個(gè)裝置的體積和質(zhì)量，提高能量利用率；在并網(wǎng)前通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，由控制器控制液壓變速器的轉(zhuǎn)速比，給發(fā)電機(jī)輸入合適的轉(zhuǎn)速，使得發(fā)電機(jī)的輸出頻率滿足并網(wǎng)需求，使得風(fēng)輪捕捉到最大風(fēng)能。
【專利說明】
基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變速恒頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于液壓傳動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變速恒頻控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電機(jī)組大型化和海上風(fēng)電的發(fā)展，工況和運(yùn)行條件的改變使得風(fēng)力機(jī)部件承受了更劇烈的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，故障率增大。齒輪箱傳動(dòng)和直驅(qū)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用的傳動(dòng)方式，尤其以齒輪箱傳動(dòng)為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳動(dòng)部件中的齒輪箱是發(fā)生故障頻發(fā)的部分，其維修成本占風(fēng)力機(jī)總維修成本的60 %以上。齒輪箱的傳動(dòng)比單一，由風(fēng)速波動(dòng)造成的載荷波動(dòng)更為劇烈。
[0003]直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)雖然沒有齒輪箱，但是為了提高低速發(fā)電機(jī)效率，一般采用大量增加發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)的方法，造成發(fā)電機(jī)體積大，重量高，不易吊裝等問題。另外永磁式發(fā)電機(jī)的制造需要稀土這種稀有資源，成本很高，不宜大量推廣。同時(shí)直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)一般采用低速永磁同步發(fā)電機(jī)，這種電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)中的頻率是剛性耦合的，風(fēng)速的波動(dòng)會(huì)向電機(jī)傳遞變化的能量，給風(fēng)力機(jī)造成了高載荷和高沖擊，難以以最優(yōu)策略運(yùn)行。
[0004]采用齒輪箱傳動(dòng)的風(fēng)力機(jī)一般采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)本身來使輸出的頻率與電網(wǎng)保持一致。但是變速控制中會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，這會(huì)使機(jī)械應(yīng)力加劇，加大齒輪箱受到的沖擊，增加故障率。多級(jí)增速機(jī)構(gòu)的引入降低了機(jī)組效率，使大型機(jī)組的整體效率的下限降到26%左右，造成配套資源的極度浪費(fèi)。
[0005]風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求變速恒頻以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的最大化捕捉以及最優(yōu)化運(yùn)行，目前風(fēng)電機(jī)組的變速運(yùn)行主要通過變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低，而且變頻設(shè)備造價(jià)昂貴，運(yùn)行過程中會(huì)造成能量較多的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以集成化的可調(diào)速液力變速器代替多級(jí)增速齒輪箱，控制風(fēng)力機(jī)變速恒頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制，減小機(jī)艙整體重量體積，減輕傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)電過程中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及沖擊，使風(fēng)力機(jī)更優(yōu)化運(yùn)行。
[0007]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:
[0008]—種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括葉輪、第一聯(lián)軸器和第二聯(lián)軸器，還包括液力變速器和永磁同步發(fā)電機(jī)，所述第一聯(lián)軸器和所述第二聯(lián)軸器分別設(shè)置在所述液力變速器的兩端，所述葉輪通過所述第一聯(lián)軸器與所述液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，所述永磁同步發(fā)電機(jī)通過所述第二聯(lián)軸器與所述液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接；
[0009]所述液力變速器包括殼體、能量傳遞單元、補(bǔ)油單元和控制器，所述能量傳遞單元用于轉(zhuǎn)速的傳遞，所述補(bǔ)油單元用于為所述能量傳遞單元補(bǔ)充液壓油，所述控制器用于控制所述補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量，所述能量傳遞單元置于所述殼體內(nèi)；
[0010]所述能量傳遞單元包括配油軸、與所述配油軸一端端面依次連接的分流倉(cāng)、導(dǎo)輪、渦輪和渦輪軸，所述配油軸、導(dǎo)輪、渦輪和渦輪軸均同軸設(shè)置，所述殼體對(duì)應(yīng)所述配油軸的另一端設(shè)有開口，所述殼體對(duì)應(yīng)所述渦輪軸的一端設(shè)有開口 ；
[0011]所述配油軸內(nèi)部沿軸向設(shè)有進(jìn)油管和出油管，所述出油管與所述分流倉(cāng)連通，所述配油軸內(nèi)部沿軸向設(shè)有多組排油裝置，每組排油裝置所在平面與所述配油軸的軸向垂直，每組排油裝置包括均勻設(shè)置的多個(gè)柱塞，所述柱塞的腔體與所述進(jìn)油管和所述出油管連通；
[0012]所述殼體靠近所述渦輪一端設(shè)有多組出油口，所述出油口與所述進(jìn)油管的進(jìn)油口通過循環(huán)管路連通，所述補(bǔ)油單元與所述循環(huán)管路連通。
[0013]優(yōu)選地，所述配油軸另一端設(shè)有第一轉(zhuǎn)速傳感器，所述出油管的排油口設(shè)有壓力傳感器，所述渦輪軸輸出端設(shè)有第二轉(zhuǎn)速傳感器，每個(gè)所述柱塞上均設(shè)有行程開關(guān)傳感器、應(yīng)力傳感器和響應(yīng)開關(guān)，所述控制器分別與所述行程開關(guān)傳感器、應(yīng)力傳感器、響應(yīng)開關(guān)、第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器及壓力傳感器通過信號(hào)線連接，用于根據(jù)各傳感器采集至IJ的值來控制所述補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量，實(shí)現(xiàn)將恒定轉(zhuǎn)速由所述渦輪軸輸出。
[0014]優(yōu)選地，所述排油裝置共有40組，每組所述排油裝置包括9個(gè)所述柱塞，每個(gè)所述柱塞的腔體均通過第一單向閥與所述進(jìn)油管連通，每個(gè)所述柱塞的腔體均通過第二單向閥和所述出油管連通，所述第一單向閥和所述第二單向閥方向相反，40組所述排油裝置以等間距設(shè)置在所述配油軸上，靠近所述分流倉(cāng)的一組排油裝置為第一組排油裝置，與所述第一組排油裝置相鄰的為第二組排油裝置，所述第一組排油裝置圍繞所述配油軸沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度，即為所述第二組排油裝置的設(shè)置方向，以此類推，前一組排油裝置圍繞所述配油軸沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度即為其后一組排油裝置的設(shè)置方向。
[0015]優(yōu)選地，所述循環(huán)管路上依次設(shè)有冷卻器和過濾器，所述冷卻器鄰近所述出油口，所述補(bǔ)油單元設(shè)置在所述過濾器和所述進(jìn)油口之間。
[0016]優(yōu)選地，所述補(bǔ)油單元包括第一補(bǔ)油單元和第二補(bǔ)油單元，所述第一補(bǔ)油單元包括第一單向閥、液壓栗和第一過濾器，所述第一單向閥的一端與所述循環(huán)管路連接，所述第一單向閥的另一端依次連接液壓栗和第一過濾器，所述液壓栗還連接電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)與所述控制器通過信號(hào)線連接，所述第二補(bǔ)油單元包括第二單向閥和第二過濾器，所述第二單向閥的一端與所述循環(huán)管路連接，所述第二單向閥的另一端與所述第二過濾器連接。
[0017]優(yōu)選地，所述循環(huán)管路上靠近所述進(jìn)油口設(shè)有溢流閥。
[0018]優(yōu)選地，控制器為PLC(可編程邏輯控制器)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
[0020]I)可以控制風(fēng)力機(jī)以變速恒頻工況運(yùn)行，減輕傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速波動(dòng)，降低傳動(dòng)系統(tǒng)的故障率，提高能量利用率，向電網(wǎng)輸入適合的電能，減少調(diào)頻環(huán)節(jié)，便于并網(wǎng)運(yùn)行。[0021 ] 2)采用PLC控制輸入端變量容積，快速地實(shí)時(shí)調(diào)整傳動(dòng)比，使風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定的保持變速恒頻工況；同時(shí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以減輕傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，具有柔性特性，體現(xiàn)了近似于無級(jí)變速的多級(jí)變速。
[0022]3)傳動(dòng)系統(tǒng)分級(jí)少，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中極大的減少了傳動(dòng)部件間的直接接觸，將傳統(tǒng)變量栗變量馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了整合，對(duì)能量傳遞的效率更高;本系統(tǒng)省去了齒輪箱，并且可以使用更普通的發(fā)電機(jī)，節(jié)約成本，提高了可靠性;液壓部分的集成化和簡(jiǎn)化，縮短了油路，減少了能量損失，減輕了變速器整體體積和重量。
[0023]4)在并網(wǎng)前通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，由控制器控制液壓變速器的轉(zhuǎn)速比，給發(fā)電機(jī)輸入合適的轉(zhuǎn)速，使得發(fā)電機(jī)的輸出頻率滿足并網(wǎng)需求，使得風(fēng)輪捕捉到最大風(fēng)能。
[0024]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法，包括以下步驟:
[0025]第二轉(zhuǎn)速傳感器、各個(gè)行程開關(guān)傳感器和各個(gè)應(yīng)力傳感器分別采集渦輪軸的轉(zhuǎn)速值及對(duì)應(yīng)柱塞的行程值和壓力值，并將采集值輸送給控制器；
[0026]控制器接收各傳感器的采集值，并對(duì)各采集值進(jìn)行分析比較，判斷所有柱塞鎖止?fàn)顟B(tài)及位置，同時(shí)將轉(zhuǎn)速值與額定值比較，并計(jì)算轉(zhuǎn)速偏差值；
[0027]控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差值計(jì)算排油裝置所需變化的液壓油排量，根據(jù)液壓油排量判斷鎖止或解鎖柱塞的數(shù)量，同時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量；
[0028]控制器根據(jù)鎖止或解鎖柱塞的數(shù)量向響應(yīng)開關(guān)發(fā)出控制信號(hào)，卡住或釋放相應(yīng)柱塞。
[0029]優(yōu)選地，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值為O時(shí)，則發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)；
[0030]當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值小于O時(shí)，即渦輪軸的輸出轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要增大轉(zhuǎn)速比，提高排量，釋放一部分柱塞；
[0031]當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值大于O時(shí)，即禍輪軸的輸出轉(zhuǎn)速高于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要減小轉(zhuǎn)速比，減小排量，鎖止一部分柱塞。
[0032]優(yōu)選地，當(dāng)柱塞收縮到最深處時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)傳感器后，控制器向響應(yīng)開關(guān)發(fā)出鎖止信號(hào)，卡住柱塞；當(dāng)應(yīng)力傳感器感應(yīng)到接觸應(yīng)力后，控制器向響應(yīng)開關(guān)發(fā)出解鎖信號(hào)，釋放柱塞。
[0033]所述基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法與上述基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)相同，在此不再贅述。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為一組排油裝置沿配油軸的徑向切面示意圖；
[0036]圖3為單個(gè)柱塞處傳感器和單向閥的布置示意圖；
[0037]圖4為本實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0039]本發(fā)明提供了一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，具體如圖1至圖3所示，
[0040]包括葉輪1、第一聯(lián)軸器2和第二聯(lián)軸器12、液力變速器和永磁同步發(fā)電機(jī)13，第一聯(lián)軸器2和第二聯(lián)軸器12分別設(shè)置在液力變速器的兩端，葉輪I通過第一聯(lián)軸器2與液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，永磁同步發(fā)電機(jī)13通過第二聯(lián)軸器12與液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，本實(shí)施例中控制器24為PLC。
[0041 ]液力變速器包括殼體3、能量傳遞模塊、補(bǔ)油模塊和控制器24;
[0042]能量傳遞單元用于轉(zhuǎn)速的傳遞，包括配油軸4、與配油軸4一端端面依次連接的分流倉(cāng)8、導(dǎo)輪9、渦輪10和渦輪軸11，配油軸4、導(dǎo)輪9、渦輪10和渦輪軸11均同軸設(shè)置，殼體3對(duì)應(yīng)配油軸4的另一端設(shè)有開口，殼體3對(duì)應(yīng)渦輪軸11的一端設(shè)有開口。
[0043]配油軸4內(nèi)部沿軸向設(shè)有進(jìn)油管5和出油管6，出油管6與分流倉(cāng)8連通，配油軸4內(nèi)部沿軸向設(shè)有多組排油裝置，每組排油裝置所在平面與配油軸4的軸向垂直，每組排油裝置包括均勻設(shè)置的多個(gè)柱塞14，柱塞14的腔體與進(jìn)油管5和出油管6連通，柱塞14的柱塞桿在液壓油的作用下與殼體3起伏形狀的內(nèi)壁相抵接，葉輪I帶動(dòng)配油軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，配油軸4帶動(dòng)柱塞14做伸縮運(yùn)動(dòng)，使柱塞14將液壓油從進(jìn)油管5吸入腔體或?qū)⑶惑w內(nèi)的液壓油壓出至出油管6，出油管6將多個(gè)柱塞14往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓出的液壓油一起由排油口7壓入分流倉(cāng)8，分流倉(cāng)8通過多組孔口將液壓油傳遞到導(dǎo)輪9的葉片上，液壓油經(jīng)過導(dǎo)輪9上葉片的導(dǎo)向作用改變了方向，導(dǎo)輪9將改變方向后的液壓油以一定方向打到渦輪10的葉片上，驅(qū)動(dòng)渦輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)速由渦輪軸11輸出。
[0044]本實(shí)施例中，排油裝置共有40組，每組排油裝置包括9個(gè)柱塞14，每個(gè)柱塞14的腔體均通過第一單向閥33與進(jìn)油管5連通，每個(gè)柱塞14的腔體均通過第二單向閥34和出油管6連通，第一單向閥33和第二單向閥34方向相反，每個(gè)柱塞14均在頂端設(shè)有滑動(dòng)滾珠并用卡簧固定，柱塞14腔體外側(cè)設(shè)有密封件，40組排油裝置以等間距設(shè)置在配油軸4上，靠近分流倉(cāng)8的一組排油裝置為第一組排油裝置，與第一組排油裝置相鄰的為第二組排油裝置，與第二組排油裝置相鄰的為第三組排油裝置，以此類推直到第四十組排油裝置，第四十組排油裝置靠近進(jìn)油口 17;其中，第一組排油裝置圍繞配油軸4沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度，即為與其相鄰的第二組排油裝置的設(shè)置方向，第二組排油裝置圍繞配油軸4沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度，SP為與其相鄰的第三組排油裝置的設(shè)置方向，以此類推，前一組排油裝置圍繞配油軸4沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度即為其后一組排油裝置的設(shè)置方向，這樣的設(shè)置方式使得所有柱塞交錯(cuò)排布，使液壓能均勻產(chǎn)生，同時(shí)使變量調(diào)節(jié)的效果更均衡。
[0045]殼體3靠近渦輪10—端設(shè)有多組出油口，出油口與進(jìn)油管5的進(jìn)油口17通過循環(huán)管路連通26，補(bǔ)油單元與循環(huán)管路26連通，變速器利用補(bǔ)油單元通過循環(huán)管路26給進(jìn)油管5補(bǔ)充液壓油。
[0046]為了對(duì)從出油管6出來的液壓油進(jìn)行降溫和去除雜質(zhì)，循環(huán)管路26上依次設(shè)有冷卻器15和過濾器16，液壓油經(jīng)過渦輪10后，經(jīng)液力變速器的多組出油口進(jìn)入循環(huán)管路26，通過冷卻器15和過濾器16，冷卻器15鄰近出油口，經(jīng)配油軸4前端進(jìn)油口 17進(jìn)入進(jìn)油管5，完成一次循環(huán)；同時(shí)補(bǔ)油單元設(shè)置在過濾器16和進(jìn)油口 17之間，在補(bǔ)油單元和進(jìn)油口 17之間還設(shè)置有溢流閥25，通過溢流閥25整個(gè)油路進(jìn)行泄壓。
[0047]為了更加精確的控制補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量及排油裝置的排油量，本實(shí)施例在在配油軸4另一端設(shè)有第一轉(zhuǎn)速傳感器27，出油管6的排油口 7設(shè)有壓力傳感器28，渦輪軸11輸出端設(shè)有第二轉(zhuǎn)速傳感器29，每個(gè)柱塞14上均設(shè)有行程開關(guān)傳感器30、應(yīng)力傳感器31和響應(yīng)開關(guān)32 ；控制器24分別與行程開關(guān)傳感器30、應(yīng)力傳感器31、響應(yīng)開關(guān)32、第一轉(zhuǎn)速傳感器27、第二轉(zhuǎn)速傳感器29及壓力傳感器28通過信號(hào)線連接，用于根據(jù)各傳感器的采集到的轉(zhuǎn)速、壓力等值，和預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行分析比較，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各個(gè)柱塞14處的鎖止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行整體傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)將恒定轉(zhuǎn)速由渦輪軸11輸出。
[0048]補(bǔ)油單元包括第一補(bǔ)油單元和第二補(bǔ)油單元，第一補(bǔ)油單元包括第一單向閥18、液壓栗19和第一過濾器21，第一單向閥18的一端與循環(huán)管路26連接，第一單向閥18的另一端依次連接液壓栗19和第一過濾器21，液壓栗19還連接電動(dòng)機(jī)20，電動(dòng)機(jī)20與控制器24通過信號(hào)線連接，第二補(bǔ)油單元包括第二單向閥22和第二過濾器23，第二單向閥22的一端與循環(huán)管路26連接，第二單向閥22的另一端與第二過濾器23連接。
[0049]第一補(bǔ)油單元的補(bǔ)油過程為，壓力傳感器28實(shí)時(shí)檢測(cè)排油口7的壓力值，并將壓力值傳遞給控制器24，當(dāng)壓力低于額定值時(shí)，控制器24控制電動(dòng)機(jī)20轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓栗19在電動(dòng)機(jī)20的帶動(dòng)下，將液壓油從油箱抽出，并依次經(jīng)過過濾器21、液壓栗19和第一單向閥18進(jìn)入循環(huán)管路26，并通過進(jìn)油口 17進(jìn)入配油軸4的進(jìn)油管5，完成補(bǔ)油；同時(shí)液壓油也可在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下通過過濾器23和單向閥22進(jìn)入循環(huán)管路26，并通過進(jìn)油口 17進(jìn)入配油軸4的進(jìn)油管5，完成補(bǔ)油；當(dāng)壓力值高于額定值時(shí)，溢流閥25打開泄壓。
[0050]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法，如圖4所示，包括以下步驟:
[0051]S1:第二轉(zhuǎn)速傳感器29、各個(gè)行程開關(guān)傳感器30和各個(gè)應(yīng)力傳感器31分別采集渦輪軸11的轉(zhuǎn)速值及對(duì)應(yīng)柱塞14的行程值和壓力值，并將采集值輸送給控制器24;
[0052]S2:控制器24接收各傳感器的采集值，并對(duì)各采集值進(jìn)行分析比較，判斷所有柱塞14鎖止?fàn)顟B(tài)及位置，同時(shí)將轉(zhuǎn)速值與額定值比較，并計(jì)算轉(zhuǎn)速偏差值；
[0053]S3:控制器24根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差值計(jì)算排油裝置所需變化的液壓油排量，根據(jù)液壓油排量判斷鎖止或解鎖柱塞14的數(shù)量，同時(shí)控制電機(jī)20的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量；
[0054]當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值為O時(shí)，則發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)；
[0055]當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值小于O時(shí)，即渦輪軸11的輸出轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要增大轉(zhuǎn)速比，提高排量，釋放一部分柱塞；
[0056]當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值大于O時(shí)，即渦輪軸11的輸出轉(zhuǎn)速高于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要減小轉(zhuǎn)速比，減小排量，鎖止一部分柱塞；
[0057]S4:控制器24根據(jù)鎖止或解鎖柱塞14的數(shù)量向響應(yīng)開關(guān)32發(fā)出控制信號(hào)，卡住或釋放相應(yīng)柱塞14;
[0058]當(dāng)柱塞14收縮到最深處時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)傳感器30后，控制器24向響應(yīng)開關(guān)32發(fā)出鎖止信號(hào)，卡住柱塞14;當(dāng)應(yīng)力傳感器31感應(yīng)到接觸應(yīng)力后，控制器24向響應(yīng)開關(guān)32發(fā)出解鎖信號(hào)，釋放柱塞14。
[0059]本發(fā)明提供的基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作過程如下:
[0060]風(fēng)力機(jī)葉輪I捕獲風(fēng)能，并轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過第一聯(lián)軸器2將能量傳遞給液力變速器的配油軸4，帶動(dòng)配油軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得配油軸4帶動(dòng)各柱塞14做伸縮運(yùn)動(dòng)，使柱塞14將液壓油從進(jìn)油管5吸入腔體或?qū)⑶惑w內(nèi)的液壓油壓出至出油管6，出油管6將多個(gè)柱塞14往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓出的液壓油一起由排油口 7壓入分流倉(cāng)8，分流倉(cāng)8通過多組孔口將液壓油打在導(dǎo)輪9的葉片上;液壓油經(jīng)過導(dǎo)輪9上葉片的導(dǎo)向作用，以一定方向打在渦輪10的葉片上，驅(qū)動(dòng)渦輪10以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng);控制器24采集所有傳感器的檢測(cè)值，并對(duì)比參考值，計(jì)算出排油裝置需要增加或者減少的排油量，進(jìn)而算出需要鎖止或釋放的柱塞數(shù)量，通過檢測(cè)各個(gè)柱塞處的傳感器信號(hào)判斷柱塞伸縮位置狀態(tài)，當(dāng)柱塞的柱塞桿完全縮回時(shí)才鎖止，當(dāng)鎖止的柱塞桿接觸到殼體內(nèi)壁后才釋放；當(dāng)最終輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪10轉(zhuǎn)動(dòng)通過渦輪軸11和第二聯(lián)軸器12帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)13以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，將發(fā)電機(jī)13產(chǎn)生的電能接入電網(wǎng)系統(tǒng)中。液壓油經(jīng)過渦輪10后，經(jīng)液力變速器殼體3后部的多組出油口進(jìn)入循環(huán)管路26，通過冷卻器15和過濾器16，經(jīng)配油軸4前端進(jìn)油口 17進(jìn)入進(jìn)油管5，完成一次循環(huán)；
[0061]液壓油從油箱經(jīng)過第一濾器21、液壓栗19和第一單向閥18從進(jìn)油口17進(jìn)入進(jìn)油管5，可以完成補(bǔ)油；同時(shí)液壓油也可在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下通過第二濾器23和第二單向閥22進(jìn)入進(jìn)油管5完成補(bǔ)油。
[0062]以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括葉輪(I)、第一聯(lián)軸器(2)和第二聯(lián)軸器(12)，其特征在于，還包括液力變速器和永磁同步發(fā)電機(jī)(13)，所述第一聯(lián)軸器(2)和所述第二聯(lián)軸器(12)分別設(shè)置在所述液力變速器的兩端，所述葉輪(I)通過所述第一聯(lián)軸器(2)與所述液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，所述永磁同步發(fā)電機(jī)(13)通過所述第二聯(lián)軸器(12)與所述液力變速器可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接； 所述液力變速器包括殼體(3)、能量傳遞單元、補(bǔ)油單元和控制器(24)，所述控制器(24)用于控制所述補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量，所述能量傳遞單元置于所述殼體(3)內(nèi)； 所述能量傳遞單元包括配油軸(4)、與所述配油軸(4) 一端端面依次連接的分流倉(cāng)(8)、導(dǎo)輪(9)、渦輪(10)和渦輪軸(11)，所述配油軸(4)、導(dǎo)輪(9)、渦輪(10)和渦輪軸(11)均同軸設(shè)置，所述殼體(3)對(duì)應(yīng)所述配油軸(4)的另一端設(shè)有開口，所述殼體(3)對(duì)應(yīng)所述渦輪軸(11)的一端設(shè)有開口； 所述配油軸(4)內(nèi)部沿軸向設(shè)有進(jìn)油管(5)和出油管(6)，所述出油管(6)與所述分流倉(cāng)(8)連通，所述配油軸(4)內(nèi)部沿軸向設(shè)有多組排油裝置，每組排油裝置所在平面與所述配油軸(4)的軸向垂直，每組排油裝置包括均勻設(shè)置的多個(gè)柱塞(14)，所述柱塞(14)的腔體與所述進(jìn)油管(5)和所述出油管(6)連通； 所述殼體(3)靠近所述渦輪(10)—端設(shè)有多組出油口，所述出油口與所述進(jìn)油管(5)的進(jìn)油口(17)通過循環(huán)管路(26)連通，所述補(bǔ)油單元與所述循環(huán)管路(26)連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述配油軸(4)另一端設(shè)有第一轉(zhuǎn)速傳感器(27)，所述出油管(6)的排油口(7)設(shè)有壓力傳感器(28)，所述渦輪軸(11)輸出端設(shè)有第二轉(zhuǎn)速傳感器(29)，每個(gè)所述柱塞(14)上均設(shè)有行程開關(guān)傳感器(30)、應(yīng)力傳感器(31)和響應(yīng)開關(guān)(32)，所述控制器(24)分別與所述行程開關(guān)傳感器(30)、應(yīng)力傳感器(31)、響應(yīng)開關(guān)(32)、第一轉(zhuǎn)速傳感器(27)、第二轉(zhuǎn)速傳感器(29)及壓力傳感器(28)通過信號(hào)線連接，用于根據(jù)各傳感器采集到的值來控制所述補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述排油裝置共有40組，每組所述排油裝置包括9個(gè)所述柱塞(14)，每個(gè)所述柱塞(14)的腔體均通過第一單向閥(33)與所述進(jìn)油管(5)連通，每個(gè)所述柱塞(14)的腔體均通過第二單向閥(34)和所述出油管(6)連通，所述第一單向閥(33)和所述第二單向閥(34)方向相反，40組所述排油裝置以等間距設(shè)置在所述配油軸(4)上，靠近所述分流倉(cāng)(8)的一組排油裝置為第一組排油裝置，與所述第一組排油裝置相鄰的為第二組排油裝置，所述第一組排油裝置圍繞所述配油軸(4)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度，即為所述第二組排油裝置的設(shè)置方向，以此類推，前一組排油裝置圍繞所述配油軸(4)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)9度即為其后一組排油裝置的設(shè)置方向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述循環(huán)管路(26)上依次設(shè)有冷卻器(15)和過濾器(16)，所述冷卻器(15)鄰近所述出油口，所述補(bǔ)油單元設(shè)置在所述過濾器(16)和所述進(jìn)油口(17)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述補(bǔ)油單元包括第一補(bǔ)油單元和第二補(bǔ)油單元，所述第一補(bǔ)油單元包括第一單向閥(18)、液壓栗(19)和第一過濾器(21)，所述第一單向閥(18)的一端與所述循環(huán)管路(26)連接，所述第一單向閥(18)的另一端依次連接液壓栗(19)和第一過濾器(21)，所述液壓栗(19)還連接電動(dòng)機(jī)(20)，所述電動(dòng)機(jī)(20)與所述控制器(24)通過信號(hào)線連接，所述第二補(bǔ)油單元包括第二單向閥(22)和第二過濾器(23)，所述第二單向閥(22)的一端與所述循環(huán)管路(26)連接，所述第二單向閥(22)的另一端與所述第二過濾器(23)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述循環(huán)管路(26)上靠近所述進(jìn)油口(17)設(shè)有溢流閥(25)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，控制器(24)為PLC。8.一種基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法，其特征在于，具體步驟為: 第二轉(zhuǎn)速傳感器(29)、各個(gè)行程開關(guān)傳感器(30)和各個(gè)應(yīng)力傳感器(31)分別采集渦輪軸(11)的轉(zhuǎn)速值及對(duì)應(yīng)柱塞(14)的行程值和壓力值，并將采集值輸送給控制器(24); 所述控制器(24)接收各傳感器的采集值，并對(duì)各采集值進(jìn)行分析比較，判斷所述柱塞(14)鎖止?fàn)顟B(tài)及位置，同時(shí)將轉(zhuǎn)速值與額定值比較，并計(jì)算轉(zhuǎn)速偏差值； 所述控制器(24)根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差值計(jì)算排油裝置所需變化的液壓油排量，根據(jù)液壓油排量判斷鎖止或解鎖的所述柱塞(14)的數(shù)量，同時(shí)控制電機(jī)(20)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制補(bǔ)油單元的補(bǔ)油量； 所述控制器(24)根據(jù)鎖止或解鎖的所述柱塞(14)的數(shù)量向響應(yīng)開關(guān)(32)發(fā)出控制信號(hào)，卡住或釋放相應(yīng)柱塞(14)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法，其特征在于，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值為O時(shí)，則發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)； 當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值小于O時(shí)，即渦輪軸(II)的輸出轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要增大轉(zhuǎn)速比，提高排量，釋放一部分柱塞； 當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值大于O時(shí)，即渦輪軸(II)的輸出轉(zhuǎn)速高于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要減小轉(zhuǎn)速比，減小排量，鎖止一部分柱塞。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于液壓傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻控制方法，其特征在于，當(dāng)所述柱塞(14)收縮到最深處時(shí)觸發(fā)所述行程開關(guān)傳感器(30)后，所述控制器(24)向所述響應(yīng)開關(guān)(32)發(fā)出鎖止信號(hào)，卡住所述柱塞(14);當(dāng)所述應(yīng)力傳感器(31)感應(yīng)到接觸應(yīng)力后，所述控制器(24)向所述響應(yīng)開關(guān)(32)發(fā)出解鎖信號(hào)，釋放所述柱塞(14)。
【文檔編號(hào)】F03D7/04GK105863969SQ201610217637
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月3日
【發(fā)明人】岑海堂, 李 東, 鄧宇星, 楊紅艷, 付昆
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)