[发明专利]一种新型的储能式液压型风力发电机组调频控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种新型的储能式液压型风力发电机组调频控制系统的控制方法，其特征在于：该系统包括：风力机部分、液压传动部分、液压储能子系统部分和发电部分，所述风力机部分与所述液压传动部分同轴刚性连接，所述液压传动部分与所述液压储能子系统部分同轴刚性相连，所述液压储能子系统部分与发电部分同轴刚性连接；

所述的风力机部分主要包括变桨距系统和风速传感器(1)、风力机(2)，其中变桨距系统包括角位移传感器(29)、内齿圈(30)、小齿轮(31)、双向定量马达(32)、比例方向阀(33)、第一溢流阀(34)、变量泵(35)和第一油箱(36)；

所述液压传动部分包括第一转速转矩传感器(4)、定量泵(5)、高压管路(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(8)、第二溢流阀(9)、补油泵(10)、补油油箱(11)、安全阀(12)、流量传感器(13)、频率控制器(14)、变量马达(15)、第二转速转矩传感器(17)和低压管路(28)；

所述液压储能部分包括变量泵/马达(19)、气囊式蓄能器(20)、活塞式蓄能器(21)、氮气瓶(22)和第三转速转矩传感器(24)；

所述发电部分包括发电机(25)、多功能仪表(26)和电网(27)；

所述风速传感器(1)安装在所述风力机(2)的机舱外壳上，所述风力机(2)通过第一传动轴(3)与所述定量泵(5)同轴连接；所述第一转速转矩传感器(4)安装在连接所述风力机(2)和所述定量泵(5)主轴的所述第一传动轴(3)上；所述变量泵(35)的吸油口从第一油箱(36)吸油，所述变量泵(35)的压油口分别连接所述第一溢流阀(34)的进油口和比例方向阀(33)的P口，所述比例方向阀(33)的出油口A和B分别连接双向定量马达(32)的两个油口，比例方向阀(33)的伺服放大器的输入端与频率控制器(14)连接，并由频率控制器(14)输出控制信号，控制比例方向阀(33)的阀口开度，所述双向定量马达(32)与所述小齿轮(31)同轴连接，所述小齿轮(31)与所述内齿圈(30)啮合，所述角位移传感器(29)安装在所述内齿圈(30)附近，所述风力机(2)的叶片安装在内齿圈(30)上；

所述定量泵(5)的进油口从低压管路(28)吸油，定量泵(5)的压油口通过所述高压管路(6)输出高压油，并在高压管路(6)上设置流量传感器(13)；所述安全阀(12)跨接在所述高压管路(6)和所述低压管路(28)之间；所述变量马达(15)的吸油口与所述高压管路(6)相连接，所述变量马达(15)的排油口与所述低压管路(28)相连接；所述补油泵(10)吸油口与所述补油油箱(11)相连接，所述补油泵(10)压油口分别连接第一单向阀(7)和第二单向阀(8)的一端，所述第一单向阀(7)的另一端与所述高压管路(6)相连接，所述第二单向阀(8)的另一端与所述低压管路(28)相连接；所述第二溢流阀(9)跨接在所述补油泵(10)压油口与所述补油油箱(11)之间；

所述变量马达(15)通过第二传动轴(16)与变量泵/马达(19)同轴连接，所述变量泵/马达(19)一端连接气囊式蓄能器(20)、活塞式蓄能器(21)和氮气瓶(22)，所述变量泵/马达(19)另一端连接油箱(18)，所述变量泵/马达(19)通过第三传动轴(23)与发电机(25)同轴相连；

所述变量泵/马达(19)同轴驱动所述发电机(25)发电，输出电能到所述电网(27)，在所述发电机(25)与电网(27)之间安装有多功能仪表(26)；所述第二转速转矩传感器(17)安装在连接所述变量马达(15)和所述变量泵/马达(19)的所述第二传动轴(16)上；

所述频率控制器(14)一端分别连接所述风速传感器(1)、所述第一转速转矩传感器(4)、所述流量传感器(13)、所述第二转速转矩传感器(17)、第三转速转矩传感器(24)、多功能仪表(26)和变桨距系统的所述角位移传感器(29)；频率控制器(14)另一端连接所述变量马达(15)、所述变量泵/马达(19)和变桨距系统的比例方向阀(33)；

所述的储能式液压型风力发电机组调频控制系统的控制方法：

当风功率或者电网(27)负荷波动时，通过频率控制器(14)调整变量泵/马达(19)摆角为该系统增加或减少有功功率，所述频率控制器(14)通过所述第二转速转矩传感器(17)采集变量马达(15)的转速，所述第三转速转矩传感器(24)采集变量泵/马达(19)的转速、多功能仪表(20)采集所述电网(27)频率和电压；所述频率控制器(14)输出控制信号给所述变量泵/马达(19)，实现对所述变量泵/马达(19)摆角控制，使所述变量泵/马达(19)根据液压型风力发电机组所处的不同工况条件下用作液压马达或者液压泵，并使变量泵/马达(19)摆角增大，所述液压储能子系统部分实现对所述发电机(25)的快速能量输入或吸收；

同时通过所述频率控制器(14)控制所述变量马达(15)摆角：所述频率控制器(14)通过所述第二转速转矩传感器(17)采集所述变量马达(15)的转速，所述流量传感器(13)采集所述高压管路(6)的流量，所述多功能仪表(20)采集所述电网(27)频率和电压；所述频率控制器(14)输出控制信号给所述变量马达(15)，实现对所述变量马达(15)摆角控制，调整所述变量马达(15)的排量，使液压传动部分高压管路(6)内的高压油压力迅速变化，使定量泵(5)的转速变化，风能转化为液压能或动能；

通过频率控制器(14)控制桨距角运转：频率控制器(14)通过风速传感器(1)采集风速，所述第一转速转矩传感器(4)采集所述风力机(2)转速，通过所述多功能仪表(26)采集所述发电机(25)输出功率和电网(27)电压，通过角位移传感器(29)采集所述风力机(2)叶片的桨距角；所述频率控制器(14)输出控制信号给变桨距系统的比例方向阀(33)，调节所述比例方向阀(33)的阀口开度，使进入双向定量马达(32)的流量增大或减小，调节了风力机(2)叶片的桨距角，从而调整吸收的风能；另外在负荷减小时或风功率增大时，可使变桨距系统运转在最大功率追踪的情况下，与此同时频率控制器(14)能实现频率稳定。