專利名稱：一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能的主要利用形式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的機(jī)電設(shè)備。由于風(fēng)速最大值隨時(shí)間的變化而不斷在波動，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對風(fēng)能的轉(zhuǎn)換具有一個(gè)固有特性，即每個(gè)風(fēng)速都對應(yīng)著一個(gè)最優(yōu)的功率接收器轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速產(chǎn)生最大功率轉(zhuǎn)換。 而最優(yōu)轉(zhuǎn)速又取決于風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何特征。所以，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以可變的輸入轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而該輸入轉(zhuǎn)速又要盡可能最佳地匹配相應(yīng)的風(fēng)速。不論是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還是中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能最終還是要供用戶使用。這樣就要求發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的電流必須是相對恒頻恒壓形式，或者采用各種處理方式將變化不定的電流轉(zhuǎn)換成恒定的電流，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行。為了解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生電壓的不穩(wěn)定問題，目前主要的技術(shù)方案是在變槳距系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用增速齒輪箱_雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和直驅(qū)_變頻器系統(tǒng)。變槳距調(diào)速系統(tǒng)能夠通過調(diào)節(jié)槳葉的迎風(fēng)角，來調(diào)整作用在風(fēng)輪葉片上的扭矩和功率。目前的變槳距調(diào)速功能只能在一定的條件下調(diào)整，但多變的風(fēng)速隨時(shí)出現(xiàn)，使得變槳距調(diào)速相對風(fēng)速的變化要滯后一些。增速齒輪箱_雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)總效率不高，平均無故障運(yùn)行時(shí)間短，頻率不穩(wěn)定，不能保證電的正常品質(zhì)。變頻器又不可避免電網(wǎng)上的高次諧波負(fù)荷和顯著的無功功率的產(chǎn)生，而且變頻器成本相對較高，體積偏大，給生產(chǎn)、安裝、維修帶來一定的不便。對于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其主要是安裝于大型風(fēng)場實(shí)現(xiàn)大功率并網(wǎng)發(fā)電；對于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，其主要市場對象是單個(gè)用戶，主要目的是滿足單個(gè)家庭或者島嶼用戶的用電需求，提供廉價(jià)清潔能源。目前，市場上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組價(jià)格比較貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是其中的變流器成本較高，在一定程度上抑制了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展和普及。這就有必要研究一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、 性能好、成本低，而且能夠自動調(diào)速的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的調(diào)速裝置。因此，研發(fā)一種風(fēng)能利用率高、系統(tǒng)動態(tài)特性好，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)速，而且整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的調(diào)速裝置，具有潛在的市場前景和發(fā)展空間。

實(shí)用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，通過自動調(diào)速裝置使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉輪輸出到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，驅(qū)動發(fā)電機(jī)相對恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，而不需要通過變流設(shè)備就能夠得到頻率恒定而且與電網(wǎng)頻率一致的電流。本實(shí)用新型具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備不但能減少風(fēng)力發(fā)電設(shè)備所用的零部件，大大降低整機(jī)成本，提高機(jī)組可靠性，而且體積小，控制簡便，系統(tǒng)動態(tài)性能好，可維護(hù)性好，其中的調(diào)速裝置能作為大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)速裝置，也適用于中小型發(fā)電設(shè)備，能較好的適應(yīng)不同風(fēng)力發(fā)電場。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括葉輪、主軸、增速齒輪箱、自動調(diào)速裝置、發(fā)電機(jī)和塔架；所述自動調(diào)速裝置包括變量泵、定量馬達(dá)、測速單元、控制單元和油箱，所述變量泵由液壓泵和一電液比例變量機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述自動調(diào)速裝置安裝在所述增速齒輪箱和發(fā)電機(jī)之間的主軸上，所述變量泵的輸入軸剛性聯(lián)接所述增速齒輪箱的輸出軸，所述定量馬達(dá)的輸出軸剛性聯(lián)接發(fā)電機(jī)的主軸，所述液壓泵和定量馬達(dá)之間通過液壓回路連接，所述液壓回路中設(shè)有安全閥和單向閥；所述控制單元通過測速單元和電液比例變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是(1)由于本實(shí)用新型中的控制單元是通過測速單元和變量泵的電液比例變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電裝置整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)閉環(huán)控制，從而可以提高系統(tǒng)控制的可靠性和操作的簡便性，提高電能穩(wěn)定性，得到的電流可以直接并網(wǎng)或者供用戶使用；(2)本實(shí)用新型發(fā)電設(shè)備能夠?qū)⒆兓娘L(fēng)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能，無論是大、中、小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備均不需要變流器，從發(fā)電機(jī)輸出的電流就是相對穩(wěn)定的恒頻電流，由于是利用變量泵41-定量馬達(dá)42作為調(diào)速執(zhí)行單元，其結(jié)構(gòu)簡單而且容易實(shí)現(xiàn)自動控制、動態(tài)性能好、可靠性高、成本低，可以減輕用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢效益，實(shí)現(xiàn)一次能源到二次能源的高效率轉(zhuǎn)換。(3)本實(shí)用新型中的液壓元件能夠起到緩沖作用，延長平均無故障周期、延長風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的平均壽命。

圖1是本實(shí)用新型具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安裝示意圖；圖2是本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速的控制方框圖；圖3是具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1—一葉輪2——-主軸3——-增速齒輪箱[0017]40—一自動調(diào)速裝置5——-發(fā)電機(jī)6——-塔架[0018]41—變量泵411-液壓泵412-——電液比例變量機(jī)構(gòu)[0019]42—疋里馬達(dá)43—一測速單元44—一控制單元[0020]45—一安全閥46—單向閥47—一油箱
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖1所示，本實(shí)用新型一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括葉輪1、主軸2、增速齒輪箱3、自動調(diào)速裝置40、發(fā)電機(jī)5和塔架6 ；所述自動調(diào)速裝置40包括變量泵 41、定量馬達(dá)42、測速單元43、控制單元44和油箱48，所述變量泵41由液壓泵411和一電液比例變量機(jī)構(gòu)412構(gòu)成，所述測速單元43為轉(zhuǎn)速傳感器；所述自動調(diào)速裝置40安裝在所述增速齒輪箱3和發(fā)電機(jī)5之間的主軸2上，所述變量泵41的輸入軸剛性聯(lián)接所述增速齒輪箱3的輸出軸，所述定量馬達(dá)42的輸出軸剛性聯(lián)接發(fā)電機(jī)5的主軸，所述液壓泵411和定量馬達(dá)42之間通過液壓回路連接，考慮到自動調(diào)速裝置中的變量泵41和定量馬達(dá)42的正常運(yùn)行，所述液壓回路中設(shè)有安全閥45和單向閥46 ；所述控制單元44通過測速單元43 和電液比例變量機(jī)構(gòu)412實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制。由于高壓工作液體在近距離內(nèi)不需要考慮輸送管道的布局問題，而且變量泵41和定量馬達(dá)42之間的位置沒有嚴(yán)格要求，只需要考慮增速齒輪箱3和變量泵41、定量馬達(dá)42和發(fā)電機(jī)5軸心之間的同軸問題； 故也不用考慮增速齒輪箱3輸出軸和發(fā)電機(jī)5輸入軸的對心問題，則安裝本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可以有兩種布局方案，如圖1所示，將自動調(diào)速裝置40和原有的發(fā)電設(shè)備直接放在塔架6頂端的機(jī)艙中，這樣可以縮短高壓工作液體的輸送管道，在塔架6頂端即輸出電流。當(dāng)然，也可以通過延長液壓回路的管道，將定量馬達(dá)42和發(fā)電設(shè)備移至地面，在地面工作區(qū)域得到電流，這樣可以在很大程度上減輕了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和重量，在降低制造困難的同時(shí)，大大的降低了設(shè)備的制造成本。利用上述具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電的過程是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備工作中，葉輪1受風(fēng)載驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成葉輪1旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，葉輪1通過主軸2連接增速齒輪箱3，通過增速齒輪箱3驅(qū)動變量泵41工作，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，變量泵41 將被加壓的工作液體通過液壓回路輸送到定量馬達(dá)42，定量馬達(dá)42將液壓能轉(zhuǎn)換成動能， 并驅(qū)動發(fā)電機(jī)5發(fā)電，將動能轉(zhuǎn)換成電能，實(shí)現(xiàn)最終的能量轉(zhuǎn)換，即風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能；上述發(fā)電過程中，自動調(diào)速裝置40中的測速單元43實(shí)時(shí)監(jiān)測并反饋定量馬達(dá)42的輸出轉(zhuǎn)速， 通過控制單元44控制電液比例變量機(jī)構(gòu)412相應(yīng)動作，調(diào)整變量泵41的變量柱塞的位置， 進(jìn)而調(diào)節(jié)變量泵41的輸出流量，使液壓泵411在變速風(fēng)載的作用下得到穩(wěn)定的輸出流量， 驅(qū)動定量馬達(dá)42穩(wěn)定恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)5恒定運(yùn)行，從而得到頻率恒定的電流。在發(fā)電系統(tǒng)的工作過程中如果液壓回路中的壓力過高，超過了安全閥46所設(shè)定的最高工作壓力， 則安全閥46自動溢流，以保證液壓回路中各設(shè)備的安全。本實(shí)用新型中，由于控制單元44是通過測速單元43和電液比例變量機(jī)構(gòu)412實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制，從而提高了系統(tǒng)控制的可靠性和操作的簡便性，提高電流穩(wěn)定性，最終得到的電流可以直接并網(wǎng)或者供用電器使用。經(jīng)仿真驗(yàn)證，本實(shí)用新型系統(tǒng)動態(tài)性能好，速度控制效果良好，結(jié)構(gòu)簡單控制方便，可靠性和互換性好，有效地保證了在變速風(fēng)載的作用下得到相對穩(wěn)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)高效運(yùn)行，同時(shí)也提高了電流的穩(wěn)定性。盡管上面結(jié)合圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括葉輪(1)、主軸(2)、增速齒輪箱(3)、 自動調(diào)速裝置(40)、發(fā)電機(jī)(5)和塔架(6)；其特征在于所述自動調(diào)速裝置(40)包括變量泵(41)、定量馬達(dá)(42)、測速單元(43)、控制單元 (44)和油箱(48)，所述變量泵(41)由液壓泵(411)和一電液比例變量機(jī)構(gòu)(412)構(gòu)成； 所述自動調(diào)速裝置(40)安裝在所述增速齒輪箱(3)和發(fā)電機(jī)(5)之間的主軸(2)上， 所述變量泵(41)的輸入軸剛性聯(lián)接所述增速齒輪箱(3)的輸出軸，所述定量馬達(dá)(42)的輸出軸剛性聯(lián)接發(fā)電機(jī)(5)的主軸，所述液壓泵(411)和定量馬達(dá)(42)之間通過液壓回路連接，所述液壓回路中設(shè)有安全閥(45)和單向閥(46)；所述控制單元(44)通過測速單元(43)和電液比例變量機(jī)構(gòu)(412)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述測速單元(43)為轉(zhuǎn)速傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有自動調(diào)速裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括葉輪、主軸、增速齒輪箱、自動調(diào)速裝置、發(fā)電機(jī)和塔架；所述自動調(diào)速裝置包括變量泵、定量馬達(dá)、測速單元、控制單元和油箱，所述變量泵由液壓泵和一電液比例變量機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述變量泵的輸入軸剛性聯(lián)接所述增速齒輪箱的輸出軸，所述定量馬達(dá)的輸出軸剛性聯(lián)接發(fā)電機(jī)的主軸，所述液壓泵和定量馬達(dá)之間通過液壓回路連接；所述控制單元通過測速單元和電液比例變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制。通過自動調(diào)速裝置使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉輪輸出到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以穩(wěn)定調(diào)節(jié)，驅(qū)動發(fā)電機(jī)相對恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，而不需要通過變流設(shè)備就能夠得到頻率恒定而且與電網(wǎng)頻率一致的電流。
文檔編號F03D9/00GK201943897SQ20112003880
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者何柏巖, 孫陽輝, 石光達(dá), 陳寺專 申請人:天津大學(xué)