[发明专利]基于液压传动与控制的风力发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于液压传动与控制的风力发电方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

我国风能资源丰富，根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源储量约32.26亿千瓦，其中可开发利用的风能储量约10亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度的多一倍，为5亿多千瓦。随着人们对风力发电认识的日渐提高和风力发电技术的不断成熟，其应用领域也会越来越广泛。风能的利用主要是水平轴及垂直轴风力发电系统。目前的垂直轴风力机具备能接收来自任何方向的风，无须对风及发电机能安装在地面上，维修方便等优点而逐步被重视。

但目前垂直轴风力发电系统也存在很多不足，主要体现在：一是为了适应不同风速的发电要求，垂直轴风机中的发电机都是永磁式的，价格比普通交流发电机贵很多，尤其是大型风力发电机所需的永磁发电机十分昂贵，这也是限制其规模化发展的重要原因。二是风机转速相对较低，而对应的发电机转速要求较高，在风轮与发电机之间需要传动比较大的齿轮增速箱。目前的垂直轴风机的齿轮增速箱虽然可以放在地面上，但其体积仍笨重，价格昂贵；当采用不同高度的风轮时仍存在安装和维修不方便等问题。三是独立运行的风力发电系统所发出的电，其电压和频率是一直在变化的非标准交流电，且风能是随机波动的，不可能与负载的需求相匹配，需要用储能装置来储存这些风电，储存装置所储存的电能为直流电，但目前绝大多数的用电器和动力机械均需标准交流电，因此，风电系统中均设计有能实现直流转换成交流、且复杂昂贵的逆变器。

在现有技术方面，目前已有发明专利《基于内曲线液压马达的分离式柔性增速装置》(专利权号为201210141062.5)，该专利中公开了一种基于内曲线液压马达的分离式柔性增速装置，包括：风机，内曲线液压马达，高压端蓄能器，单向阀，溢流阀，节流阀，液压管道，液压马达组，发电机组，油箱。所述内曲线液压马达与液压管道相连，装在塔架上方，所述其他设备装在塔架下方。本发明装置使用的内曲线液压马达属于低速大扭矩马达，在所述发明中有改作液压泵使用。

上述专利技术很大程度上强调了改进的内曲线液压马达的结构，应用对象是仅有一级的(一个风轮)的水平轴风力发电机，水平轴风机的结构、工作原理及安装方式等均与垂直轴风机的有很大区别。由于风的随机性和液压组件自身的协调响应特性，尤其是对于中小型的风机，风速的瞬间变化经常引起风轮转速和系统压力的快速变化，而该变化往往快于有些液压元件的响应时间，引起这些液压元件动作的滞后性，导致控制精度降低，因而单靠该专利中的旁路节流阀、溢流阀、马达等常见液压元件组成的纯液压系统很难保证普通发电机的转速维持在满足并网要求的苛刻范围内；这是因为若采用常用普通4级交流发电机的话，须要求其转速控制在1500±6r/min范围内才能满足二级电的合格上网要求，须要求其转速控制在1500±3r/min的范围内才能满足一级电的上网合格要求，这就要求流入马达的流量必须精确控制，因而单靠普通的节流阀、溢流阀等很难保证进入马达的流量的稳定性和准确性，这是我们已经过测试验证了的。若专利中采用的发电机组为永磁式的，则开发成本仍然会很高，特别是对于大型风力发电机。

发明内容

鉴于上述系统在实际使用时存在的不足，本发明提出了基于液压传动与控制的多级垂直轴风力发电机液压恒频有效发电技术，在不同风速下，垂直轴风轮带动内曲线液压马达(当作泵用)旋转，泵打出的油流经比例流量阀后，驱动高速定量马达转动，高速定量马达通过减速机、联轴器与普通交流发电机连接，并带动发电机发电。当达到要求的启动风速时，溢流阀始终工作，通过调节比例流量阀的开度和无级减速机的传送比，通过液压系统和减速机构相结合的方法，并增加闭环控制单元，确保高速定量马达的转速维持在1500r/min±6r/min范围内，实现节流调速并合格发电。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。