一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统及方法与流程

本发明涉及风力发电，尤其涉及一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统及方法。

背景技术：

1、现今，风力发电已成为新能源领域的重要发展方向之一，许多国家的风电技术正在进入快速发展阶段，风电机组的单机容量越来越大，并网风险也在不断增大。风电机组并网时对电网造成的冲击可能引起电力系统电压的下降，并且可能对机组的发电机和机械部件造成损坏。因此，对并网的风电机组进行调节，控制机组的发电机安全稳定运行，是满足风电机组安全切入电网的必要条件。

2、由于风能本身存在随机性、间歇性与不稳定性的特点，风电机组的输出功率容易受风力变化的影响而发生波动。目前风电机组的控制方法主要包括根据风速与风向调整风机叶片朝向、桨距角，以及通过使用变流器、变频器等电力电子器件控制发电机转速恒定，从而稳定风电机组的输出功率。

3、但是，风机叶片的调整响应速度较慢，难以精准控制，在风力不规则变化的情况下，风电机组难以在最佳状态下进行运行，导致风电机组的发电效率较低，而电力电子器件产生的谐波和谐振影响电网稳定运行，增加了电网调峰调频的难度，适应性较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统及方法，解决了风电机组的发电效率较低且适应性较差的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统，包括：风电机组、变速齿轮箱、变量液压泵、工作回路、油箱、控制器、变量液压马达、发电机、蓄能器、流量阀、测压模块和第一测速模块；

3、所述风电机组与所述变速齿轮箱连接，所述变速齿轮箱通过联轴器与所述变量液压泵连接；

4、所述变量液压泵通过所述工作回路与所述变量液压马达连接，所述发电机通过联轴器与所述变量液压马达连接；

5、所述蓄能器和所述流量阀均设于所述工作回路上，所述蓄能器用于限制所述变量液压泵的出油流量，所述流量阀用于限制所述变量液压马达的进油流量；

6、所述测压模块和所述第一测速模块均与所述控制器连接，所述测压模块用于测量系统油压，所述第一测速模块用于测量所述发电机的转速，还用于将所述系统油压和所述发电机的转速发送至所述控制器；

7、所述控制器分别与所述蓄能器、所述变量液压泵、所述流量阀和所述变量液压马达电连接，所述控制器用于将所述系统油压与预设的恒压区间阈值进行比较，根据压力比较结果控制所述蓄能器的蓄油状态和所述变量液压泵的排量，使所述系统油压保持在所述预设的恒压区间阈值内，还用于将所述发电机的转速与预设的转速区间阈值进行比较，根据转速比较结果控制所述流量阀的开度大小和所述变量液压马达的排量，使所述发电机的转速保持在所述预设的转速区间阈值内。

8、优选地，所述发电机采用永磁同步发电机。

9、优选地，所述测压模块采用压力传感器。

10、优选地，所述第一测速模块采用转速传感器。

11、优选地，本系统还包括：卸荷溢流阀；所述卸荷溢流阀与所述变量液压泵并联连接，所述卸荷溢流阀连接于所述变量液压泵的出油口和进油口之间的管路上，所述卸荷溢流阀的出油口连接至所述油箱。

12、优选地，所述工作回路包括低压管路和高压管路，所述油箱通过所述低压管路与所述变量液压泵的进油口连接，所述变量液压泵的出油口通过所述高压管路与所述变量液压马达的进油口连接，所述变量液压马达的出油口通过所述低压管路与所述变量液压泵的进油口连接，所述测压模块与所述高压管路连接，所述第一测速模块设于所述变量液压马达的输出轴上。

13、优选地，本系统还包括第二流量传感器和第二测速模块，所述第二流量传感器和所述第二测速模块均与所述控制器连接，所述第二流量传感器设于所述变量液压泵与所述蓄能器之间的高压管路上，用于采集所述变量液压泵的流量，所述第二测速模块设于所述变量液压泵的输入轴上，用于采集所述变量液压泵的转速；

14、所述控制器还用于当所述系统油压小于所述预设的恒压区间阈值时，则控制所述蓄能器释放所储蓄的液压油，直至所述系统油压为所述预设的恒压区间阈值内时停止释放所储蓄的液压油；还用于当所述系统油压为所述预设的恒压区间阈值内时，则根据所述变量液压泵的转速自适应调整所述变量液压泵的排量，使所述系统油压保持在所述预设的恒压区间阈值内；还用于当所述系统油压大于所述预设的恒压区间阈值时，则控制所述蓄能器储蓄所述变量液压泵所输出的液压油直至所述系统油压为所述预设的恒压区间阈值内时停止储蓄液压油。

15、优选地，本系统还包括：第一流量传感器，所述第一流量传感器用于采集所述变量液压马达的进油流量，并将所述变量液压马达的进油流量发送至所述控制器；

16、所述控制器用于根据所述变量液压马达的进油流量调整所述变量液压马达的排量，使所述发电机的转速保持在所述预设的转速区间阈值内。

17、优选地，所述控制器还用于当所述发电机的转速小于所述预设的转速区间阈值时，则增大所述流量阀的开度直至所述发电机的转速为所述预设的转速区间阈值时停止增大所述流量阀的开度；还用于当所述发电机的转速大于所述预设的转速区间阈值时，则减小所述流量阀的开度直至所述发电机的转速为所述预设的转速区间阈值时停止减小所述流量阀的开度。

18、第二方面，本发明还提供了一种风电机组液压发电恒速恒压控制方法，应用上述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，包括以下步骤：

19、测量系统油压和发电机的转速；

20、将所述系统油压与预设的恒压区间阈值进行比较，根据压力比较结果控制蓄能器的蓄油状态和变量液压泵的排量，使所述系统油压保持在所述预设的恒压区间阈值内；

21、将所述发电机的转速与预设的转速区间阈值进行比较，根据转速比较结果控制所述流量阀的开度大小和所述变量液压马达的排量，使所述发电机的转速保持在所述预设的转速区间阈值内。

22、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

23、本发明通过风电机组将风能转化为旋转机械能，旋转机械能经过变速齿轮箱调整转速后带动变量液压泵旋转，使旋转机械能转化为液压能，从而驱动变量液压马达旋转并带动发电机进行发电，使液压能转化为电能，并通过实时测量系统油压和发电机的转速，通过系统油压综合调整蓄能器的蓄油状态和变量液压泵的排量，以实现恒压控制，还通过发电机的转速综合调整流量阀的开度大小和变量液压马达的排量，以实现恒速控制，通过利用恒速恒压控制，从而使系统运行达到稳态，提高了风电机组的发电效率，同时，在不使用电力电子器件的情况下，实现系统平稳连续发电，提高了系统适应性。

技术特征：

1.一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，包括：风电机组、变速齿轮箱、变量液压泵、工作回路、油箱、控制器、变量液压马达、发电机、蓄能器、流量阀、测压模块和第一测速模块；

2.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，所述发电机采用永磁同步发电机。

3.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，所述测压模块采用压力传感器。

4.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，所述第一测速模块采用转速传感器。

5.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，还包括：卸荷溢流阀；所述卸荷溢流阀与所述变量液压泵并联连接，所述卸荷溢流阀连接于所述变量液压泵的出油口和进油口之间的管路上，所述卸荷溢流阀的出油口连接至所述油箱。

6.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，所述工作回路包括低压管路和高压管路，所述油箱通过所述低压管路与所述变量液压泵的进油口连接，所述变量液压泵的出油口通过所述高压管路与所述变量液压马达的进油口连接，所述变量液压马达的出油口通过所述低压管路与所述变量液压泵的进油口连接，所述测压模块与所述高压管路连接，所述第一测速模块设于所述变量液压马达的输出轴上。

7.根据权利要求6所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，还包括第二流量传感器和第二测速模块，所述第二流量传感器和所述第二测速模块均与所述控制器连接，所述第二流量传感器设于所述变量液压泵与所述蓄能器之间的高压管路上，用于采集所述变量液压泵的流量，所述第二测速模块设于所述变量液压泵的输入轴上，用于采集所述变量液压泵的转速；

8.根据权利要求1所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，还包括：第一流量传感器，所述第一流量传感器用于采集所述变量液压马达的进油流量，并将所述变量液压马达的进油流量发送至所述控制器；

9.根据权利要求8所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，所述控制器还用于当所述发电机的转速小于所述预设的转速区间阈值时，则增大所述流量阀的开度直至所述发电机的转速为所述预设的转速区间阈值时停止增大所述流量阀的开度；还用于当所述发电机的转速大于所述预设的转速区间阈值时，则减小所述流量阀的开度直至所述发电机的转速为所述预设的转速区间阈值时停止减小所述流量阀的开度。

10.一种风电机组液压发电恒速恒压控制方法，应用权利要求1～9任一项所述的风电机组液压发电恒速恒压控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种风电机组液压发电恒速恒压控制系统及方法，本系统通过风电机组将风能转化为旋转机械能，旋转机械能经过变速齿轮箱调整转速后带动变量液压泵旋转，使旋转机械能转化为液压能，从而驱动变量液压马达旋转并带动发电机进行发电，使液压能转化为电能，并通过实时测量系统油压和发电机的转速，通过系统油压综合调整蓄能器的蓄油状态和变量液压泵的排量，以实现恒压控制，还通过发电机的转速综合调整流量阀的开度大小和变量液压马达的排量，以实现恒速控制，通过利用恒速恒压控制，从而使系统运行达到稳态，提高了风电机组的发电效率，同时，在不使用电力电子器件的情况下，实现系统平稳连续发电，提高了系统适应性。

技术研发人员：区文俊,刘石,杨毅,郭欣然,韦胜华,杨韬略,陶涛
受保护的技术使用者：南方电网电力科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1