一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统及其控制方法，其控制系统包括风力机部分、液压传动控制部分及发电控制部分，所述液压传动控制部分设有低风速启动控制器、正开口四边滑阀及检测装置。其控制方法是：借助于检测装置通过低风速启动控制器控制正开口四边滑阀的开口度和变量马达摆角，当风速低于最小启动风速时，低风速启动控制器控制正开口四边滑阀处于上位，降低定量泵的负载从而降低启动风速；当风力发电机组转速达到最低运行转速时低风速启动控制器控制正开口四边滑阀缓慢、平稳切换到下位工作，使系统逐渐进入工作阶段，完成低风速启动。本发明解决了机组低风速启动问题，对系统冲击小，提高了风能利用率和电能质量。
【专利说明】
一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统和方法
技术领域
[0001]本发明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，用液压传动与控制系统代替传统风机的齿轮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与控制方法。
【背景技术】
[0002]液压型风力发电机组作为一种新型风力发电装备受到了广泛关注。液压型风力发电机组主要由风力机、定量栗-变量马达液压主传动系统、励磁同步发电机等系统组成，与传统的双馈机型和直驱机型相比降低了机组的故障率，减轻了机组重量，有效抑制了风速波动对发电质量的影响。
[0003]风力机的启动性能是衡量机组性能的一个重要指标，风力发电机组的启动性能除了与风轮自身的惯量相关，还要考虑在启动时要克服传动轴和轴承之间的摩擦力矩和电机的转动惯量，风力发电机组的低风速启动性能直接影响着机组风能利用率和综合性能。不同风机的启动方式不同:高叶尖速比的风机叶片数目较少，启动时有时需要助力;失速型风机以电机模式启动;变速风机通过调浆的方式启动。液压型风力发电机组同样需要一种解决低风速时启动困难的方法。
[0004]经检索发现，中国专利CN200910188890中公开了一种可设定启动风速的高效风力发电机及其叶片。该发明通过改变叶片的结构来降低启动风速，但是当风机启动后会损失一部分发电功率，降低了风能利用率。
[0005]又经检索发现，中国专利CN201020261766中公开了一种低风速启动风力发电机。该发明将定子部的凹槽改为斜向设计，以降低转子部的启动转矩，降低启动风速。但该发明在发电机转速较高时与其他形式的发电机相比发电量较少，而且结构复杂，成本相对较尚O
[0006]经检索还发现，中国专利CN201420784255公开了一种液压型风力发电机组低风速启动系统。该系统通过采用电磁比例节流阀完成液压主传动系统油路的切换，降低风力发电机组的启动风速。该方法利用电磁比例节流阀的节流作用，但在切换过程中对液压系统有一定冲击。
【发明内容】
[0007]为了解决上述存在的技术问题，本发明提出一种液压型风力发电机组低风速启动系统及方法，用于在低风速下快速、平稳启动风力发电系统。该系统可使液压型风力发电机组在较低风速下启动的同时减小启动过程中对系统的冲击，提高系统的可靠性，并使控制过程变得更加简单可靠。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统，包括风力机部分、液压传动控制部分和发电控制部分，所述风力机部分包括风速传感器、风轮、第一传动轴、第一转速转矩传感器;所述液压传动控制部分包括定量栗、第一高压管路、第一单向阀、第二单向阀、溢流阀、补油栗、第一油箱、第一流量传感器、低风速启动控制器、安全阀、正开□四边滑阀、第二油箱、变量马达、角位移传感器、第二流量传感器、第二高压管路、第二转速转矩传感器、第二传动轴、低压管路;所述发电控制部分包括发电机、多功能仪表、电网;所述风轮与定量栗通过第一传动轴相连，并在第一传动轴上布置第一转速转矩传感器，风轮附近安装有风速传感器;定量栗吸油口从低压油路吸油，定量栗压油口通过第一高压管路输出高压油，并在第一高压管路上布置流量传感器;第一高压管路分别与第一单向阀、安全阀、正开口四边滑阀相连;正开口四边滑阀的P 口通过第一高压管路与定量栗相连，T 口堵死，A 口与第二油箱相连，B 口通过第二高压管路与变量马达相连;第二高压管路上布置有第二流量传感器;变量马达进油口从第二高压管路吸油，变量马达回油口与低压管路相连，变量马达与发电机经第二传动轴同轴连接，并在第二传动轴上布置第二转速转矩传感器，发电机所发的电能输送至电网，在发电机与电网之间安装多功能仪表;角位移传感器布置于变量马达;低压管路分别与安全阀、第二单向阀、定量栗相连;补油栗吸油口与第一油箱相连，补油栗压油口分别与第一单向阀、第二单向阀、溢流阀相连;溢流阀跨接在补油栗与第一油箱之间；安全阀跨接在第一高压管路与低压管路之间；低风速启动控制器输入端分别与风速传感器、第一转速转矩传感器、第一流量传感器、角位移传感器、第二流量传感器、第二转速转矩传感器和多功能仪表相连，低风速启动控制器输出端分别与正开口四边滑阀、变量马达相连。
[0010]—种液压型风力发电机组低风速启动控制方法，该方法借助于检测装置通过低风速启动控制器协调控制正开口四边滑阀的开口度和变量马达摆角，使风力发电机组在低风速下实现快速平稳启动，具体流程如下:
[0011]a)低风速启动控制器通过风速传感器采集风速信号判断此时风速是否满足低风速启动要求，若满足低风速启动条件则机组正常启动，否则低风速启动控制器控制正开口四边滑阀缓慢、平稳切换到上位工作，第一高压管路中的油液经正开口四边滑阀回第二油箱，减轻启动负载，加快定量栗的转速；
[0012]b)低风速启动控制器通过第一转速转矩传感器采集定量栗的转速信号，判断定量栗是否满足最低运行转速要求，若满足要求则低风速启动控制器控制正开口四边滑阀缓慢、平稳切换到下位工作，同时控制变量马达摆角处于最大值，以增大输出转矩，否则正开口四边滑阀继续保持上位工作；
[0013]c)低风速启动控制器通过第二转速转矩传感器采集变量马达的转速信号，变量马达逐渐加速，当变量马达输出转速达到最低风速启动要求时机组完成低风速启动过程。
[0014]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，有以下有益效果:
[0015]1、本发明有两个控制变量，分别为正开口四边滑阀的开口度和变量马达摆角，两者相互协调，使低风速启动过程更加灵活，同时降低了风力发电机组的启动风速，提高了风能利用率；
[0016]2、本发明在低风速启动过程中，采用正开口四边滑阀，实现平缓切换控制，减少对系统的冲击，提高风力发电机组的电能质量和系统的工作寿命。
[0017]本发明利用正开口四边滑阀在切换过程中的无死区的特点，通过正开口四边滑阀解决了机组低风速启动的问题，同时解决了低风速启动过程中存在的冲击问题;在提高机组风能利用率、电能质量的同时也提高了机组寿命。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的液压系统原理及硬件配置系统图。
[0019]图2是本发明的控制系统原理图。
[0020]图3是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0021 ]以下，参照【附图说明】本发明的实施例。
[0022]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0023]如图1、图2所示，液压型风力发电机组低风速启动系统由风力机部分1、液压传动控制部分π以及发电控制部分m组成。
[0024]风力机部分I主要包括风速传感器1、风轮2、第一传动轴3、第一转速转矩传感器4;液压传动控制部分Π主要包括定量栗5、第一高压管路6、第一单向阀7、第二单向阀8、溢流阀9、补油栗10、第一油箱11、第一流量传感器12、低风速启动控制器13、安全阀14、正开口四边滑阀15、第二油箱16、变量马达17、角位移传感器18、第二流量传感器19、第二高压管路20、第二转速转矩传感器21、第二传动轴22、低压管路26;发电控制部分ΙΠ主要包括发电机23、多功能仪表24、电网25。
[0025]风轮2与定量栗5通过第一传动轴3相连，并在第一传动轴3上布置第一转速转矩传感器4，风轮2附近安装有风速传感器I;定量栗5吸油口从低压油路26吸油，定量栗5压油口通过第一高压管路6输出高压油，并在第一高压管路6上布置流量传感器12;第一高压管路6分别与第一单向阀7、安全阀14、正开口四边滑阀15相连;正开口四边滑阀15分别与第一高压管路6、第二高压管路20相连，正开口四边滑阀15的P 口和通过第一高压管路6与定量栗5相连，T 口堵死，A口与第二油箱18相连，B口通过第二高压管路20与变量马达17相连;第二高压管路20上布置有第二流量传感器19;变量马达17进油口从高压管路20吸油，变量马达17回油口与低压管路26相连，变量马达17与发电机23经第二传动轴22同轴连接，并在第二传动轴22上布置第二转速转矩传感器21，发电机23发的电输送至电网25，在发电机23与电网25之间安装多功能仪表24;角位移传感器18布置于变量马达17;低压管路26分别与安全阀14、第二单向阀8、定量栗5相连;补油栗10吸油口与第一油箱11相连，补油栗10压油口分别与第一单向阀7、第二单向阀8、溢流阀9相连;溢流阀9跨接在补油栗10与第一油箱11之间；安全阀14跨接在第一高压管路6与低压管路26之间；低风速启动控制器13输入端分别与风速传感器1、第一转速转矩传感器4、第一流量传感器12、角位移传感器18、第二流量传感器19、第二转速转矩传感器21和多功能仪表24相连，低风速启动控制器13输出端分别与正开口四边滑阀15、变量马达17相连。
[0026]低风速启动控制器13通过风速传感器I采集风速信号，判断此时风速是否满足低风速启动条件，若满足低风速启动条件则机组正常启动，否则低风速启动控制器13控制正开口四边滑阀15缓慢、平稳切换到上位工作，第一高压管路6中的油液经正开口四边滑阀15回第二油箱16，降低第一高压管路6中的压力，从而减轻启动负载，加快定量栗5的转速。低风速启动控制器13分别通过第一转速转矩传感器4、第一流量传感器12、第二流量传感器19、多功能万用表24采集信号判断定量栗5的转速是否满足最低运行转速要求，若满足要求则低风速启动控制器13控制正开口四边滑阀15缓慢、平稳切换到下位工作，同时控制变量马达17摆角处于最大值，以增大输出转矩，此时第一高压管路6中的油液经正开口四边滑阀15驱动变量马达17转动;若定量栗5的转速不满足最低运行转速要求，则正开口四边滑阀15继续保持上位工作。低风速启动控制器13通过第二转速转矩传感器22采集变量马达17的转速信号，变量马达17逐渐加速，当变量马达17输出转速达到最低风速启动要求时机组完成低风速启动过程。
[0027]液压型风力发电机组低风速启动控制系统的控制方法，如图3所示，其流程如下:
[0028]a)低风速启动控制器13通过风速传感器I采集风速信号判断此时风速是否满足低风速启动要求，若满足低风速启动条件则机组正常启动，否则低风速启动控制器13控制正开口四边滑阀15缓慢、平稳切换到上位工作，第一高压管路6中的油液经正开口四边滑阀15回第二油箱16，减轻启动负载，加快定量栗5的转速；
[0029]b)低风速启动控制器13通过第一转速转矩传感器4采集定量栗5的转速信号，判断定量栗5是否满足最低运行转速要求，若满足要求则低风速启动控制器13控制正开口四边滑阀15缓慢、平稳切换到下位工作，同时控制变量马达17摆角处于最大值，以增大输出转矩，否则正开口四边滑阀15继续保持上位工作；
[0030]c)低风速启动控制器13通过第二转速转矩传感器22采集变量马达17的转速信号，变量马达17逐渐加速，当变量马达17输出转速达到最低风速启动要求时机组完成低风速启动过程。
[0031]本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或同等替换，这种修改或同等替换也应视为落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统，包括风力机部分(I)、液压传动控制部分(Π)和发电控制部分(m)，其特征在于， 所述风力机部分包括风速传感器(I)、风轮(2)、第一传动轴(3)、第一转速转矩传感器(4)； 所述液压传动控制部分包括定量栗(5)、第一高压管路(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(8)、溢流阀(9)、补油栗(10)、第一油箱(11)、第一流量传感器(12)、低风速启动控制器(13)、安全阀(14)、正开口四边滑阀(15)、第二油箱(16)、变量马达(17)、角位移传感器(18)、第二流量传感器(19)、第二高压管路(20)、第二转速转矩传感器(21)、第二传动轴(22)、低压管路(26); 所述发电控制部分包括发电机(23)、多功能仪表(24)、电网(25); 所述风轮(2)与定量栗(5)通过第一传动轴(3)相连，并在第一传动轴(3)上布置第一转速转矩传感器(4)，风轮(2)附近安装有风速传感器(I);定量栗(5)吸油口从低压油路26吸油，定量栗(5)压油口通过第一高压管路(6)输出高压油，并在第一高压管路(6)上布置流量传感器(12);第一高压管路(6)分别与第一单向阀(7)、安全阀(14)、正开口四边滑阀(15)相连;正开口四边滑阀(15)的(P) 口通过第一高压管路(6)与定量栗(5)相连，(T) 口堵死，(A)口与第二油箱18相连，(B) 口通过第二高压管路(20)与变量马达(17)相连;第二高压管路(20)上布置有第二流量传感器(19);变量马达(17)进油口从第二高压管路(20)吸油，变量马达(17)回油口与低压管路(26)相连，变量马达(17)与发电机(23)经第二传动轴(22)同轴连接，并在第二传动轴(22)上布置第二转速转矩传感器(21)，发电机(23)发的电输送至电网(25)，在发电机(23)与电网(25)之间安装多功能仪表(24);角位移传感器(18)布置于变量马达(17);低压管路(26)分别与安全阀(14)、第二单向阀(8)、定量栗(5)相连；补油栗(10)吸油口与第一油箱(11)相连，补油栗(10)压油口分别与第一单向阀(7)、第二单向阀(8)、溢流阀(9)相连;溢流阀(9)跨接在补油栗(10)与第一油箱(11)之间；安全阀(14)跨接在第一高压管路(6)与低压管路(26)之间；低风速启动控制器(13)输入端分别与风速传感器(I)、第一转速转矩传感器(4)、第一流量传感器(12)、角位移传感器(18)、第二流量传感器(19)、第二转速转矩传感器(21)和多功能仪表(24)相连，低风速启动控制器(13)输出端分别与正开口四边滑阀(15)、变量马达(17)相连。2.根据权利要求1所述的一种液压型风力发电机组低风速启动控制系统的控制方法，其特征在于，该方法借助于检测装置通过低风速启动控制器协调控制正开口四边滑阀的开口度和变量马达摆角，使发电机组在低风速下实现快速平稳启动，具体流程如下: a)低风速启动控制器(13)通过风速传感器(I)采集风速信号判断此时风速是否满足低风速启动要求，若满足低风速启动条件则机组正常启动，否则低风速启动控制器(13)控制正开口四边滑阀(15)缓慢、平稳切换到上位工作，第一高压管路(6)中的油液经正开口四边滑阀(15)回第二油箱(16)，减轻启动负载，加快定量栗(5)的转速； b)低风速启动控制器(13)通过第一转速转矩传感器(4)采集定量栗(5)的转速信号，判断定量栗(5)是否满足最低运行转速要求，若满足要求则低风速启动控制器(13)控制正开口四边滑阀(15)缓慢、平稳切换到下位工作，同时控制变量马达(17)摆角处于最大值，以增大输出转矩，否则正开口四边滑阀(15)继续保持上位工作； c)低风速启动控制器(13)通过第二转速转矩传感器(22)采集变量马达(17)的转速信号，变量马达(17)逐渐加速，当变量马达(17)输出转速达到最低风速启动要求时机组完成低风速启动过程。
【文档编号】F03D9/25GK105927471SQ201610246947
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】艾超, 张亮, 孔祥东, 陈立娟
【申请人】燕山大学