[发明专利]一种基于液压传动的风力机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种基于液压传动的风力机及其控制方法。

背景技术

风力机是捕获风能并将其转换为电能的装置。由于风能是一种瞬时变化很大的能源，在风力机并入电网时，要求风力机发出的电的频率与电网的频率一致。为了解决风能的瞬时变化与恒定的电网频率之间的矛盾，目前广泛应用的一种方法是风力机变速恒频控制。变速恒频是指在风力机运行过程中，控制发电机的转速随风速变化捕获最大风能，通过其他控制方式输出恒频电能。

目前，现有的风力机通常采用齿轮箱传动方式或者直驱传动方式。齿轮箱传动方式是，叶轮在风的吹动下旋转，由于叶轮转速通常较低，需经齿轮箱增速，通过齿轮箱将能量传递到发电机端。直驱传动方式是，叶轮直接与低速永磁同步发电机相连接。

采用齿轮箱传动方式的风力机，通常采用双馈异步发电机，通过调节双馈异步发电机的励磁电流的幅值、频率、相序，确保输出电功率恒频恒压。同时采用矢量变换控制技术，通过调节双馈异步发电机有功功率来调节叶轮转速，进而实现最大风能捕获的追踪控制。这种控制方法的缺点是在变速控制中发生的抖振会造成机械应力的增加，由于风速的波动较大，齿轮箱会受到较大的冲击，引起齿轮箱故障，一般由于齿轮箱故障发生的维修成本就占了风力机维修成本的60％以上。

采用直驱传动方式的风力机，通常采用低速永磁同步发电机。低速永磁同步发电机的转速和电网频率之间是刚性耦合的，不断波动变化的风速将给低速永磁同步发电机输入变化的能量，这不仅给风力机带来高负荷和冲击力，而且不能以优化方式运行。在低速永磁同步发电机和电网之间采用频率转换器可以解决转速和电网频率之间的耦合问题，但是电力电子器件通常较为复杂，而且成本昂贵，由于在低速永磁同步发电机和电网之间按采用了中间设备，还会造成能量的传递损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于液压传动的风力机及其控制方法，本发明采用液压传动方式实现能量的传递，并采用变量液压马达排量控制技术实现风力机并网前后的控制，达到变速恒频的目的。

为解决上述技术问题，本发明风力机控制方法，其具体内容如下所述：

1)风力机通过叶轮捕获风能，叶轮将风能转换为机械能并将能量传递给定量液压泵，所述定量液压泵将输入的机械能转换为液压能输出，所述定量液压泵输出的液压能通过管路传递给变量液压马达，通过蓄能器来缓冲所述定量液压泵输出的液压能。所述变量液压马达将输入的液压能转换为机械能输出，所述变量液压马达带动永磁同步发电机转动输出电能，将所述永磁同步发电机的输出端直接连接电网。

2)在叶轮的转轴上设置转矩转速仪，在所述永磁同步发电机的转轴处设置第一转速传感器，控制器分别与转矩转速仪、第一转速传感器、变量液压马达的排量控制端进行电气连接。

3)在风力机启动之后，并入电网之前，将第一转速传感器测得的永磁同步发电机的实际转速值ω_g输入控制器。所述控制器将实际转速值ω_g与预先设定的额定转速值ω_r相比较，得出转速偏差值ω_e，所述控制器根据转速偏差值ω_e通过PID算法计算出的恒频排量控制信号Q_m。所述控制器输出恒频排量控制信号Q_m给变量液压马达的排量控制端，通过调节变量液压马达的排量，来调节变量液压马达的转速，所述变量液压马达的转速等于永磁同步发电机的转速，使得永磁同步发电机的实际转速值ω_g等于额定转速值ω_r。当风力机满足并网要求时，所述控制器启动并网程序，将风力机并入电网。