一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)及其控制方法，其控制系統(tǒng)包括風力機部分、液壓傳動控制部分及發(fā)電控制部分，所述液壓傳動控制部分設有低風速啟動控制器、正開口四邊滑閥及檢測裝置。其控制方法是：借助于檢測裝置通過低風速啟動控制器控制正開口四邊滑閥的開口度和變量馬達擺角，當風速低于最小啟動風速時，低風速啟動控制器控制正開口四邊滑閥處于上位，降低定量泵的負載從而降低啟動風速；當風力發(fā)電機組轉速達到最低運行轉速時低風速啟動控制器控制正開口四邊滑閥緩慢、平穩(wěn)切換到下位工作，使系統(tǒng)逐漸進入工作階段，完成低風速啟動。本發(fā)明解決了機組低風速啟動問題，對系統(tǒng)沖擊小，提高了風能利用率和電能質量。
【專利說明】
一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術領域，涉及液壓型風力發(fā)電機組的主傳動系統(tǒng)，用液壓傳動與控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)風機的齒輪傳動系統(tǒng)和直驅式傳動系統(tǒng)，特別涉及一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動系統(tǒng)與控制方法。
【背景技術】
[0002]液壓型風力發(fā)電機組作為一種新型風力發(fā)電裝備受到了廣泛關注。液壓型風力發(fā)電機組主要由風力機、定量栗-變量馬達液壓主傳動系統(tǒng)、勵磁同步發(fā)電機等系統(tǒng)組成，與傳統(tǒng)的雙饋機型和直驅機型相比降低了機組的故障率，減輕了機組重量，有效抑制了風速波動對發(fā)電質量的影響。
[0003]風力機的啟動性能是衡量機組性能的一個重要指標，風力發(fā)電機組的啟動性能除了與風輪自身的慣量相關，還要考慮在啟動時要克服傳動軸和軸承之間的摩擦力矩和電機的轉動慣量，風力發(fā)電機組的低風速啟動性能直接影響著機組風能利用率和綜合性能。不同風機的啟動方式不同:高葉尖速比的風機葉片數(shù)目較少，啟動時有時需要助力;失速型風機以電機模式啟動;變速風機通過調漿的方式啟動。液壓型風力發(fā)電機組同樣需要一種解決低風速時啟動困難的方法。
[0004]經檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN200910188890中公開了一種可設定啟動風速的高效風力發(fā)電機及其葉片。該發(fā)明通過改變葉片的結構來降低啟動風速，但是當風機啟動后會損失一部分發(fā)電功率，降低了風能利用率。
[0005]又經檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN201020261766中公開了一種低風速啟動風力發(fā)電機。該發(fā)明將定子部的凹槽改為斜向設計，以降低轉子部的啟動轉矩，降低啟動風速。但該發(fā)明在發(fā)電機轉速較高時與其他形式的發(fā)電機相比發(fā)電量較少，而且結構復雜，成本相對較尚O
[0006]經檢索還發(fā)現(xiàn)，中國專利CN201420784255公開了一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用電磁比例節(jié)流閥完成液壓主傳動系統(tǒng)油路的切換，降低風力發(fā)電機組的啟動風速。該方法利用電磁比例節(jié)流閥的節(jié)流作用，但在切換過程中對液壓系統(tǒng)有一定沖擊。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明提出一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動系統(tǒng)及方法，用于在低風速下快速、平穩(wěn)啟動風力發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使液壓型風力發(fā)電機組在較低風速下啟動的同時減小啟動過程中對系統(tǒng)的沖擊，提高系統(tǒng)的可靠性，并使控制過程變得更加簡單可靠。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0009]一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)，包括風力機部分、液壓傳動控制部分和發(fā)電控制部分，所述風力機部分包括風速傳感器、風輪、第一傳動軸、第一轉速轉矩傳感器;所述液壓傳動控制部分包括定量栗、第一高壓管路、第一單向閥、第二單向閥、溢流閥、補油栗、第一油箱、第一流量傳感器、低風速啟動控制器、安全閥、正開□四邊滑閥、第二油箱、變量馬達、角位移傳感器、第二流量傳感器、第二高壓管路、第二轉速轉矩傳感器、第二傳動軸、低壓管路;所述發(fā)電控制部分包括發(fā)電機、多功能儀表、電網;所述風輪與定量栗通過第一傳動軸相連，并在第一傳動軸上布置第一轉速轉矩傳感器，風輪附近安裝有風速傳感器;定量栗吸油口從低壓油路吸油，定量栗壓油口通過第一高壓管路輸出高壓油，并在第一高壓管路上布置流量傳感器;第一高壓管路分別與第一單向閥、安全閥、正開口四邊滑閥相連;正開口四邊滑閥的P 口通過第一高壓管路與定量栗相連，T 口堵死，A 口與第二油箱相連，B 口通過第二高壓管路與變量馬達相連;第二高壓管路上布置有第二流量傳感器;變量馬達進油口從第二高壓管路吸油，變量馬達回油口與低壓管路相連，變量馬達與發(fā)電機經第二傳動軸同軸連接，并在第二傳動軸上布置第二轉速轉矩傳感器，發(fā)電機所發(fā)的電能輸送至電網，在發(fā)電機與電網之間安裝多功能儀表;角位移傳感器布置于變量馬達;低壓管路分別與安全閥、第二單向閥、定量栗相連;補油栗吸油口與第一油箱相連，補油栗壓油口分別與第一單向閥、第二單向閥、溢流閥相連;溢流閥跨接在補油栗與第一油箱之間；安全閥跨接在第一高壓管路與低壓管路之間；低風速啟動控制器輸入端分別與風速傳感器、第一轉速轉矩傳感器、第一流量傳感器、角位移傳感器、第二流量傳感器、第二轉速轉矩傳感器和多功能儀表相連，低風速啟動控制器輸出端分別與正開口四邊滑閥、變量馬達相連。
[0010]—種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制方法，該方法借助于檢測裝置通過低風速啟動控制器協(xié)調控制正開口四邊滑閥的開口度和變量馬達擺角，使風力發(fā)電機組在低風速下實現(xiàn)快速平穩(wěn)啟動，具體流程如下:
[0011]a)低風速啟動控制器通過風速傳感器采集風速信號判斷此時風速是否滿足低風速啟動要求，若滿足低風速啟動條件則機組正常啟動，否則低風速啟動控制器控制正開口四邊滑閥緩慢、平穩(wěn)切換到上位工作，第一高壓管路中的油液經正開口四邊滑閥回第二油箱，減輕啟動負載，加快定量栗的轉速；
[0012]b)低風速啟動控制器通過第一轉速轉矩傳感器采集定量栗的轉速信號，判斷定量栗是否滿足最低運行轉速要求，若滿足要求則低風速啟動控制器控制正開口四邊滑閥緩慢、平穩(wěn)切換到下位工作，同時控制變量馬達擺角處于最大值，以增大輸出轉矩，否則正開口四邊滑閥繼續(xù)保持上位工作；
[0013]c)低風速啟動控制器通過第二轉速轉矩傳感器采集變量馬達的轉速信號，變量馬達逐漸加速，當變量馬達輸出轉速達到最低風速啟動要求時機組完成低風速啟動過程。
[0014]由于采用上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有以下有益效果:
[0015]1、本發(fā)明有兩個控制變量，分別為正開口四邊滑閥的開口度和變量馬達擺角，兩者相互協(xié)調，使低風速啟動過程更加靈活，同時降低了風力發(fā)電機組的啟動風速，提高了風能利用率；
[0016]2、本發(fā)明在低風速啟動過程中，采用正開口四邊滑閥，實現(xiàn)平緩切換控制，減少對系統(tǒng)的沖擊，提高風力發(fā)電機組的電能質量和系統(tǒng)的工作壽命。
[0017]本發(fā)明利用正開口四邊滑閥在切換過程中的無死區(qū)的特點，通過正開口四邊滑閥解決了機組低風速啟動的問題，同時解決了低風速啟動過程中存在的沖擊問題;在提高機組風能利用率、電能質量的同時也提高了機組壽命。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理及硬件配置系統(tǒng)圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021 ]以下，參照【附圖說明】本發(fā)明的實施例。
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]如圖1、圖2所示，液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動系統(tǒng)由風力機部分1、液壓傳動控制部分π以及發(fā)電控制部分m組成。
[0024]風力機部分I主要包括風速傳感器1、風輪2、第一傳動軸3、第一轉速轉矩傳感器4;液壓傳動控制部分Π主要包括定量栗5、第一高壓管路6、第一單向閥7、第二單向閥8、溢流閥9、補油栗10、第一油箱11、第一流量傳感器12、低風速啟動控制器13、安全閥14、正開口四邊滑閥15、第二油箱16、變量馬達17、角位移傳感器18、第二流量傳感器19、第二高壓管路20、第二轉速轉矩傳感器21、第二傳動軸22、低壓管路26;發(fā)電控制部分ΙΠ主要包括發(fā)電機23、多功能儀表24、電網25。
[0025]風輪2與定量栗5通過第一傳動軸3相連，并在第一傳動軸3上布置第一轉速轉矩傳感器4，風輪2附近安裝有風速傳感器I;定量栗5吸油口從低壓油路26吸油，定量栗5壓油口通過第一高壓管路6輸出高壓油，并在第一高壓管路6上布置流量傳感器12;第一高壓管路6分別與第一單向閥7、安全閥14、正開口四邊滑閥15相連;正開口四邊滑閥15分別與第一高壓管路6、第二高壓管路20相連，正開口四邊滑閥15的P 口和通過第一高壓管路6與定量栗5相連，T 口堵死，A口與第二油箱18相連，B口通過第二高壓管路20與變量馬達17相連;第二高壓管路20上布置有第二流量傳感器19;變量馬達17進油口從高壓管路20吸油，變量馬達17回油口與低壓管路26相連，變量馬達17與發(fā)電機23經第二傳動軸22同軸連接，并在第二傳動軸22上布置第二轉速轉矩傳感器21，發(fā)電機23發(fā)的電輸送至電網25，在發(fā)電機23與電網25之間安裝多功能儀表24;角位移傳感器18布置于變量馬達17;低壓管路26分別與安全閥14、第二單向閥8、定量栗5相連;補油栗10吸油口與第一油箱11相連，補油栗10壓油口分別與第一單向閥7、第二單向閥8、溢流閥9相連;溢流閥9跨接在補油栗10與第一油箱11之間；安全閥14跨接在第一高壓管路6與低壓管路26之間；低風速啟動控制器13輸入端分別與風速傳感器1、第一轉速轉矩傳感器4、第一流量傳感器12、角位移傳感器18、第二流量傳感器19、第二轉速轉矩傳感器21和多功能儀表24相連，低風速啟動控制器13輸出端分別與正開口四邊滑閥15、變量馬達17相連。
[0026]低風速啟動控制器13通過風速傳感器I采集風速信號，判斷此時風速是否滿足低風速啟動條件，若滿足低風速啟動條件則機組正常啟動，否則低風速啟動控制器13控制正開口四邊滑閥15緩慢、平穩(wěn)切換到上位工作，第一高壓管路6中的油液經正開口四邊滑閥15回第二油箱16，降低第一高壓管路6中的壓力，從而減輕啟動負載，加快定量栗5的轉速。低風速啟動控制器13分別通過第一轉速轉矩傳感器4、第一流量傳感器12、第二流量傳感器19、多功能萬用表24采集信號判斷定量栗5的轉速是否滿足最低運行轉速要求，若滿足要求則低風速啟動控制器13控制正開口四邊滑閥15緩慢、平穩(wěn)切換到下位工作，同時控制變量馬達17擺角處于最大值，以增大輸出轉矩，此時第一高壓管路6中的油液經正開口四邊滑閥15驅動變量馬達17轉動;若定量栗5的轉速不滿足最低運行轉速要求，則正開口四邊滑閥15繼續(xù)保持上位工作。低風速啟動控制器13通過第二轉速轉矩傳感器22采集變量馬達17的轉速信號，變量馬達17逐漸加速，當變量馬達17輸出轉速達到最低風速啟動要求時機組完成低風速啟動過程。
[0027]液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)的控制方法，如圖3所示，其流程如下:
[0028]a)低風速啟動控制器13通過風速傳感器I采集風速信號判斷此時風速是否滿足低風速啟動要求，若滿足低風速啟動條件則機組正常啟動，否則低風速啟動控制器13控制正開口四邊滑閥15緩慢、平穩(wěn)切換到上位工作，第一高壓管路6中的油液經正開口四邊滑閥15回第二油箱16，減輕啟動負載，加快定量栗5的轉速；
[0029]b)低風速啟動控制器13通過第一轉速轉矩傳感器4采集定量栗5的轉速信號，判斷定量栗5是否滿足最低運行轉速要求，若滿足要求則低風速啟動控制器13控制正開口四邊滑閥15緩慢、平穩(wěn)切換到下位工作，同時控制變量馬達17擺角處于最大值，以增大輸出轉矩，否則正開口四邊滑閥15繼續(xù)保持上位工作；
[0030]c)低風速啟動控制器13通過第二轉速轉矩傳感器22采集變量馬達17的轉速信號，變量馬達17逐漸加速，當變量馬達17輸出轉速達到最低風速啟動要求時機組完成低風速啟動過程。
[0031]本發(fā)明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可在本發(fā)明的實質和保護范圍內，對本發(fā)明做出各種修改或同等替換，這種修改或同等替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)，包括風力機部分(I)、液壓傳動控制部分(Π)和發(fā)電控制部分(m)，其特征在于， 所述風力機部分包括風速傳感器(I)、風輪(2)、第一傳動軸(3)、第一轉速轉矩傳感器(4)； 所述液壓傳動控制部分包括定量栗(5)、第一高壓管路(6)、第一單向閥(7)、第二單向閥(8)、溢流閥(9)、補油栗(10)、第一油箱(11)、第一流量傳感器(12)、低風速啟動控制器(13)、安全閥(14)、正開口四邊滑閥(15)、第二油箱(16)、變量馬達(17)、角位移傳感器(18)、第二流量傳感器(19)、第二高壓管路(20)、第二轉速轉矩傳感器(21)、第二傳動軸(22)、低壓管路(26); 所述發(fā)電控制部分包括發(fā)電機(23)、多功能儀表(24)、電網(25); 所述風輪(2)與定量栗(5)通過第一傳動軸(3)相連，并在第一傳動軸(3)上布置第一轉速轉矩傳感器(4)，風輪(2)附近安裝有風速傳感器(I);定量栗(5)吸油口從低壓油路26吸油，定量栗(5)壓油口通過第一高壓管路(6)輸出高壓油，并在第一高壓管路(6)上布置流量傳感器(12);第一高壓管路(6)分別與第一單向閥(7)、安全閥(14)、正開口四邊滑閥(15)相連;正開口四邊滑閥(15)的(P) 口通過第一高壓管路(6)與定量栗(5)相連，(T) 口堵死，(A)口與第二油箱18相連，(B) 口通過第二高壓管路(20)與變量馬達(17)相連;第二高壓管路(20)上布置有第二流量傳感器(19);變量馬達(17)進油口從第二高壓管路(20)吸油，變量馬達(17)回油口與低壓管路(26)相連，變量馬達(17)與發(fā)電機(23)經第二傳動軸(22)同軸連接，并在第二傳動軸(22)上布置第二轉速轉矩傳感器(21)，發(fā)電機(23)發(fā)的電輸送至電網(25)，在發(fā)電機(23)與電網(25)之間安裝多功能儀表(24);角位移傳感器(18)布置于變量馬達(17);低壓管路(26)分別與安全閥(14)、第二單向閥(8)、定量栗(5)相連；補油栗(10)吸油口與第一油箱(11)相連，補油栗(10)壓油口分別與第一單向閥(7)、第二單向閥(8)、溢流閥(9)相連;溢流閥(9)跨接在補油栗(10)與第一油箱(11)之間；安全閥(14)跨接在第一高壓管路(6)與低壓管路(26)之間；低風速啟動控制器(13)輸入端分別與風速傳感器(I)、第一轉速轉矩傳感器(4)、第一流量傳感器(12)、角位移傳感器(18)、第二流量傳感器(19)、第二轉速轉矩傳感器(21)和多功能儀表(24)相連，低風速啟動控制器(13)輸出端分別與正開口四邊滑閥(15)、變量馬達(17)相連。2.根據(jù)權利要求1所述的一種液壓型風力發(fā)電機組低風速啟動控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，該方法借助于檢測裝置通過低風速啟動控制器協(xié)調控制正開口四邊滑閥的開口度和變量馬達擺角，使發(fā)電機組在低風速下實現(xiàn)快速平穩(wěn)啟動，具體流程如下: a)低風速啟動控制器(13)通過風速傳感器(I)采集風速信號判斷此時風速是否滿足低風速啟動要求，若滿足低風速啟動條件則機組正常啟動，否則低風速啟動控制器(13)控制正開口四邊滑閥(15)緩慢、平穩(wěn)切換到上位工作，第一高壓管路(6)中的油液經正開口四邊滑閥(15)回第二油箱(16)，減輕啟動負載，加快定量栗(5)的轉速； b)低風速啟動控制器(13)通過第一轉速轉矩傳感器(4)采集定量栗(5)的轉速信號，判斷定量栗(5)是否滿足最低運行轉速要求，若滿足要求則低風速啟動控制器(13)控制正開口四邊滑閥(15)緩慢、平穩(wěn)切換到下位工作，同時控制變量馬達(17)擺角處于最大值，以增大輸出轉矩，否則正開口四邊滑閥(15)繼續(xù)保持上位工作； c)低風速啟動控制器(13)通過第二轉速轉矩傳感器(22)采集變量馬達(17)的轉速信號，變量馬達(17)逐漸加速，當變量馬達(17)輸出轉速達到最低風速啟動要求時機組完成低風速啟動過程。
【文檔編號】F03D9/25GK105927471SQ201610246947
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】艾超, 張亮, 孔祥東, 陳立娟
【申請人】燕山大學