本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种多级液压型风力发电机组。
背景技术：
随着近几年来世界传统能源的枯竭，新型能源纷纷登上能源舞台。风力发电长足发展，为世界能源的枯竭和环境危机做出了应有的贡献。因此，新型液压风力发电机组设备得到了前所未有的关注，并且在世界各地已经开始试验或投入使用，将会逐步取代传统机械齿轮传动的发电机组。
目前，在大多数液压型风力发电机组中，可设计采用变量泵作为将风能转换为液压能的元件，此时理论上可以通过调整变量泵的排量，从而控制输出油液的流量和压力。然而，由于变量泵的转速较高一般在几百上千转，而叶轮的转速根本无法达到上百转一般只有十几、二十转左右，因此实际上变量泵很难与叶轮的转速进行匹配，如果使用变量泵会造成变量泵内部零件短时间内的失效破坏，从而无法保持变量泵持续稳定的输出油液，而且由于风能自身存在的波动性、随机性和间歇性，使得风轮吸收的能量也具有明显的波动性、随机性和间歇性，进而使变量泵的转速进一步不稳定，使输出油液的压力和流量不稳定和不可控。这样，不仅会增加油液在系统管道中流动过程的能量损失，尤其是在大流量低压力的状态下油液能量损失更为严重，从而降低了对风能的利用率，而且由不稳定的液压能驱动液压马达进行发电机的驱动发电时，无法保证液压能与发电机功率的相匹配，进而导致发电品质的降低。
技术实现要素：
为了解决采用液压型风力发电机组进行风力发电时，由于风能的波动性、随机性和间歇性而存在风能利用率和整个系统效率低以及发电品质差的问题，本发明提出了一种多级液压型风力发电机组。该风力发电机组，包括液压泵系统、液压马达发电系统、高压油路和低压油路；其中，
所述液压泵系统，包括叶轮、泵轴以及至少两个不同排量的泵组；所述泵组包括一个定量泵、一个出口单向阀和一个短路阀，其中，所述出口单向阀位于所述定量泵与所述高压油路之间，控制所述定量泵单向输出油液至所述高压油路中，所述短路阀与所述定量泵并联，并且所述短路阀的一端位于所述定量泵的出口端和所述出口单向阀之间，另一端通过所述低压油路与所述定量泵的进口端连通；所述至少两个泵组并联在所述高压油路和所述低压油路之间，并且所述泵轴的一端与所述叶轮连接，另一端将所述至少两个不同排量的泵组中的所述定量泵依次串联连接；
所述液压马达发电系统，包括液压马达、发电机、蓄能器和蓄能单向阀；所述液压马达的进口端与所述高压油路连接，所述液压马达的出口端与所述低压油路连接；所述液压马达与所述发电机同轴连接；所述蓄能器和所述蓄能单向阀同时位于所述高压油路上，并且所述蓄能器更靠近所述液压马达，所述蓄能器输出的油液全部流至所述液压马达的进口端。
优选的，所述液压泵系统中还包括一个安全阀，所述安全阀位于所述高压油路与所述低压油路之间。
优选的，该风力发电机组还包括补油系统和油箱；所述补油系统包括补油泵和补油溢流阀，所述补油泵的进油口端与所述油箱连通，所述补油泵的出油口端与所述低压油路连通，所述补油溢流阀的进油口端位于所述补油泵的出油口端，所述补油溢流阀的出油口端与所述油箱连通。
进一步优选的，所述液压泵系统中还包括一个回油溢流阀，所述回油溢流阀位于所述低压油路与所述油箱之间。
优选的，所述短路阀采用两位两通电磁换向阀。
优选的，该风力发电机组包括至少两个相互并联连接的所述液压马达发电系统，并且在每一个所述液压马达发电系统中还包括一个第一截止阀；所述第一截止阀位于所述高压油路中，并且位于所述蓄能单向阀的上游位置。
进一步优选的，每一个所述液压马达发电系统中的蓄能器的蓄能压力不同。
进一步优选的，每一个所述液压马达发电系统中的发电机的发电功率不同。
进一步优选的，每一个所述液压马达发电系统中还包括一个第二截止阀、一个第三截止阀和一个第四截止阀；在每一个所述液压马达发电系统中，所述第二截止阀和所述第三截止阀依次位于所述蓄能器和所述液压马达之间，并且所述第四截止阀的一端位于所述第二截止阀和所述第三截止阀之间；所有所述第四截止阀的另一端相互连通。
进一步优选的，所述第一截止阀、所述第二截止阀、所述第三截止阀和所述第四截止阀均采用两位两通电磁换向阀。
本发明的多级液压型风力发电机组进行风力发电时，具有以下有益效果：
1、在本发明的液压泵系统中，设置了多个并联的泵组，其中将所有排量不同的定量泵串联到同一个泵轴上由风轮带动工作，同时为每一个定量泵并联设置了一个短路阀，从而形成一个多级液压泵系统。此时，由转速要求更低的多个不同排量的定量泵作为风能转换元件，并且根据叶轮的转速，通过控制不同短路阀的通断，选择最佳排量的定量泵进行高压油液的输出。这样，不仅可以借助定量泵与叶轮低转速的相匹配，实现对风能对大限度的吸收利用，保持定量泵对油液的连续稳定输出，而且根据风能的情况通过选择最佳排量的定量泵可以将输出的油液保持在大压力、小流量状态，从而最大限度地减小油液在系统中流动过程的损失，提高最终对风能的利用率以及系统对风能的转换效率，保证最终的发电品质。
2、在本发明的液压马达发电系统中，通过设置多个相互并联的并且储能压力不同的蓄能器，就可以根据不同泵组工作时所输出油液压力的不同，选择蓄能压力最适合的蓄能器进行高压油液的蓄能。这样，不仅可以避免由于蓄能压力过高而引起负载过大导致风轮无法持续转动，而且可以避免由于蓄能压力过低造成风轮超速以及风能吸收效率的下降，从而实现风轮的持续平稳运作，提高对风能的吸收利用以及对风能转换为液压能后的高效储存。
3、在本发明的液压马达发电系统中，通过设置多个相互并联并且借助多个截止阀进行相互切换连接的不同发电功率的发电机，从而可以根据负载功率的需要，控制不同压力蓄能器中储存的油液流向发电功率最匹配的发电机处进行发电操作，从而实现对发电机的高效驱动，提高整个发电机组的发电效率和品质。
4、在本发明中，通过采用多级液压泵系统和多级液压马达发电系统的组合，从而可以形成由不同排量的定量泵、不同储能压力的蓄能器以及不同发电功率的发电机之间任意组合形成具有不同发电参数的液压型风力发电机组，从而大大提高该发电机组对实际工况的适应能力，提高整个风力发电机组在实际应用中的灵活性和可靠性。
附图说明
图1为本发明一种实施例中多级液压型风力发电机组的系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
结合图1所示，本实施例的多级液压型风力发电机组，包括液压泵系统1、液压马达发电系统2、高压油路3和低压油路4。
液压泵系统1，包括叶轮11、泵轴12以及两个不同排量的泵组13。其中，每一个泵组13包括一个定量泵131、一个出口单向阀132和一个短路阀133。出口单向阀132位于定量泵131与高压油路3之间，用于控制定量泵131单向输出油液至高压油路3中。短路阀133与定量泵131并联连接，并且短路阀133的一端位于定量泵131的出口端和出口单向阀132之间，另一端通过低压油路4与定量泵131的进口端连通。两个泵组13并联在高压油路3和低压油路4之间，并且泵轴12的一端与叶轮11连接，另一端将两个泵组13中不同排量的定量泵131依次串联连接，从而在叶轮11的带动下可以使两个定量泵131进行同步转动。
液压马达发电系统2，包括液压马达21、发电机22、蓄能器23和蓄能单向阀24。液压马达21的进口端与高压油路3连接，液压马达21的出口端与低压油路4连接，从而在定量泵131、液压马达21、高压油路3和低压油路4之间形成闭环液压系统。液压马达21与发电机22同轴连接，由液压马达21带动发电机22运转进行发电。蓄能器23和蓄能单向阀24同时位于高压油路3上，并且相比于蓄能单向阀24，蓄能器23更靠近液压马达21的进口端，从而通过蓄能单向阀24使蓄能器23输出的高压油液全部沿高压油路3流向液压马达21。
此外，在液压泵系统1中还设有一个转速传感器14，用于对叶轮11的转速进行实时检测。同时，在高压油路3上设有一个压力传感器31，用于检测高压油路3中油液的压力。
优选的，在本实施例中，短路阀133采用两位两通电磁换向阀，从而可以对短路阀133进行远程电控，实现对短路阀133的通断路控制，进而实对定量泵131进行短路控制。
此外，在液压泵系统1中还包括一个安全阀15，并且安全阀15位于高压油路3与低压油路4之间，用于限制高压油路3中油液的最高压力，保证整个发电机组运行的安全可靠性。
采用本实施例的多级液压型风力发电机组在进行实际风力发电时，首先根据转速传感器14对风轮11的转速检测，对不同的短路阀133进行短路或断路控制，从而由风轮11带动最佳排量的定量泵131进行高压油液的输出，而其他定量泵131则在短路阀133的短路作用下进行短路空转，使液压泵系统1保持在大压力、小流量的工作状态，最大限度地减小系统中液压损失，提高对风能的利用率以及系统对风能的转换效率；然后由液压泵系统1输出的高压油液对液压马达21进行平稳驱动，使发电机22保持在稳定的发电状态，输出高品质电量，提高发电品质，同样也可以直接将液压泵系统1输出的高压油液预先储存在蓄能器23中，以备后续发电使用。
其中，在本实施例的液压泵系统1中设置了两个不同排量的泵组13，同样在其他实施例中，也可以根据具体情况设置更多个不同排量的泵组13，从而与叶轮11的转速进行更加精准的匹配，增加对风速的适应范围，提高液压泵系统在不同工况下的工作效率。
优选的，在本实施例的风力发电机组中还包括补油系统5和油箱6。补油系统5包括补油泵51和补油溢流阀52。其中，补油泵51的进油口端与油箱6连通，补油泵51的出油口端与低压油路4连通，从而通过补油泵51可以将油箱6中的油液输送至低压油路4中，对液压泵系统1进行油液补充。补油溢流阀52的进油口端位于补油泵51的出油口端，补油溢流阀52的出油口端与油箱6连通，从而通过补油溢流阀52对补油泵51输出的补充油液进行压力控制，稳定进入低压油路4中的补充油液压力。
此外，在补油泵51的出油口还设有一个补油单向阀53，用于控制补油泵51的出油口端油液的单向流动，避免油液反流对补油泵51造成破坏。
进一步，在液压泵系统1中还包括一个回油溢流阀16。回油溢流阀16位于低压油路4与油箱6之间，用于将低压油路4中的高温油液回流至油箱6中，进而与补油系统5相配合，实现对液压泵系统1中油液温度的控制。
结合图1所示，在本实施例的风力发电机组中设有三个相互并联连接的液压马达发电系统2，并且在每一个液压马达发电系统2中都设有一个第一截止阀25。其中，第一截止阀25位于高压油路3中，并且位于蓄能单向阀24的上游位置。这样，通过控制不同液压马达发电系统2中第一截止阀25的通断，即可控制液压泵系统1输出的高压油液流向不同的液压马达发电系统2中，从而驱动不同液压马达发电系统2中的发电机22进行发电。
优选的，在本实施中，三个液压马达发电系统2中的发电机22分别为三个不同发电功率的发电机。这样，可以根据负载功率的需要以及液压泵系统1输出高压油液的功率，选择发电功率最匹配的发电机进行发电操作，使发电机保持在最佳工作状态，从而提高对风能的有效转换利用，提高整个发电机组的发电效率和发电品质。
优选的，在本实施中，三个液压马达发电系统2中的蓄能器23分别采用不同蓄能压力的蓄能器。这样，就可以根据不同定量泵131输出高压油液的压力不同，选择蓄能压力最适合的蓄能器23进行高压油液的蓄能，避免由于蓄能压力过高而引起负载过大导致风轮无法持续稳定转动以及由于蓄能压力过低而降低对高压油液的有效储存，从而最终保持风轮的持续稳定运作以及对风能转换为液压能后的高效储存。
进一步优选的，每一个液压马达发电系统2中还包括一个第二截止阀26、一个第三截止阀27和一个第四截止阀28。其中，在每一个液压马达发电系统2中，第二截止阀26和第三截止阀27依次位于蓄能器23和液压马达21之间，并且第四截止阀28的一端位于第二截止阀26和第三截止阀27之间，而所有第四截止阀28的另一端则相互连通，从而将相互并联的液压马达发电系统2串接连通。这样，通过对第二截止阀26、第三截止阀27和第四截止阀28的通断配合控制，不仅可以选择不同蓄能压力的蓄能器23对风能转换的液压能进行选择性储存，提高对风能的高效储存利用，而且可以根据负载要求通过释放不同蓄能器23中的高压油液驱动发电功率最匹配的发电机22进行发电操作，从而使发电机22保持在最佳的发电功率范围内，保证最终的发电品质。
优选的，第一截止阀25、第二截止阀26、第三截止阀27和第四截止阀28均采用两位两通电磁换向阀，从而实现对三个液压马达发电系统2之间的工作关系进行远程控制，提高对整个发电机组控制的自动化。
此外，在本实施例的发电机组中，通过设置三个液压马达发电系统2形成了三级压力蓄能和三级储能发电，从而提高了对风能的利用率以及发电的品质。同样，在其他实施例中，根据工况的不同完全可以设置更多数量的液压马达发电系统，形成更多层级的压力蓄能和蓄能发电，从而实现对风能更加精准的储存以及对发电机的驱动发电，提高对风能的利用率以及发电的品质。