专利名称：一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种用于增速的流体传动系统技术领域，特别是一种用于风力发 电系统的液压恒转速输出增速器。
背景技术：
风能作为绿色能源已受到世界各国的普遍关注，风力发电未来主要的可再生的能 源。但风能密度低、随机性强、风力机的转速低是风电的共性问题，从而使得风电系统的储 能、控制、风机增速问题变得至关重要，成为风电系统的关键技术。目前，在风力发电机中使用的是机械式齿轮增速箱，通常与风力机连接起来置于 塔架的顶端，机械式增速齿轮箱将风力机的机械动力增至发电机需要的转速，其输出端与 发电机连接，驱动发电机产生电能。从风力机-增速齿轮箱-发电机采用了机械连接和机 械传动，三者形成一个整体。由于风力机必须置于塔架的顶端，风力机-增速齿轮箱-发电 机组件在装配关系上要整体置于塔架的顶端。存在的问题是1)安装极为不便。将重达几吨到上百吨的风力机-增速齿轮箱-发 电机组件吊到近百米的塔架进行安装，既笨重、费力、费时，又存在安全隐患。2)维修困难， 整个风电系统的主要部分全部置于高空，当出现问题后，维修比较困难。3)机械传动系统 的能量密度或者能量体积比小，使得其传动系统显得非常笨重。4)从力学原理上讲，将体 积庞大、质量很大的风力机-增速齿轮箱-发电机组件置于直立塔架的顶端，属于头重脚轻 结构，使得塔架的受力结构恶化，为了确保整个系统的安全性，塔架的质量和结构将异常庞 大。5)采用机械传动系统后，风力机系统的变桨距驱动与控制、刹车与失速控制会更加复杂。
发明内容
为了克服机械式增速齿轮箱传动机构的上述不足，在本发明中引入了液压传动 机构，从接受风能的内曲线液压马达到驱动发电机的高速变量液压马达中间的传动机构采 用了液压传动，使得整体结构在空间布局上更加灵活，除了作为液压动力源的内曲线液压 马达和风力机系统置于塔架的顶端外，风电系统的其它部分均可置于地面，极大的简化了 风电系统的传动与控制构架，给安装维修带来很大的便利；另外，采用液压传动方式将使得 能量的吸收、存储以及发电机系统的控制变得更为简单易行，可有效的提高风电的机电系 统的操控性能，提高电网的的运行质量；再则塔架顶端负荷的大幅度下降，简化了塔架的结 构。鉴于上述情况，采用本发明所提出的风力发电系统的液压恒转速输出增速器，将使得风 电系统的成本大幅度下降。本发明所提出的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，是一种适合风电系 统风力机增速的柔性传动装置。它由以下几部分组成
风能向液压能转换系统。该系统主要由内曲线液压马达，风力机叶片组成，风力机叶 片套入内曲线液压马达的输入轴锁紧并置于塔架的顶部，其功能是吸收风力机的低速机械能，将其转换为液压能，工作时处于泵工况，作为液压系统的动力源。能量的存储、转换与利用。此过程由两个系统组成液压能向机械能转换系统和机 械能向电能转换输出系统。液压能向机械能转换系统主要由动力管路，液压蓄能站，油箱及 附件，恒转速驱动回路单元，变量马达动力输入单元，高速变量液压马达组成，动力管路出 油管一端与制动缓冲控制阀单元进油口连接，动力管路吸油管口一端与油箱油口连接吸低 压油，制动缓冲控制阀单元出油口与液压蓄能站输入端连接，液压蓄能站输出口连接恒转 速输出控制单元进油口，恒转速输出控制单元出油口连接变量马达动力输入单元一端，变 量马达动力输入单元另一端与高速变量液压马达进油口连接，恒转速驱动回路单元一端连 接高速变量液压马达回油口，另一端连接油箱及附件回油口回油油箱。其功能是动力管回 路内的高压油通过制动缓冲控制阀单元储存在液压蓄能站，液压蓄能站内高压油驱动高速 变量液压马达，将液压能转化为机械能。机械能向电能转换输出系统。该系统主要由高速变量液压马达，液压马达-发电 机动力传输单元，发电机组，转速传感器，电能输出回路，电网组，电网电压反馈回路组成， 高速变量液压马达输出轴连接液压马达-发电机动力传输单元一端，液压马达-发电机 动力传输单元另一端和发电机输入轴连接，转速传感器装在发电机上测量转速，电能输出 回路两端分别连接发电机输出端和电网输入端。其功能是变量马达输出转矩通过液压马 达-发电机动力传输单元驱动发电机发电，将机械能转换为电能，发电机输出电经过电能 输出回路送入电网。增速与恒速控制系统。该系统主要由转速传感器，发电机转速反馈回路，电网电压 反馈回路，恒转速输出控制单元，变量马达动力输入单元组成，发电机转速反馈回路连接传 感器输出信号端和恒转速控制单元输入端，电能输出回路两端分别连接电网和恒转速控制 单元另外输入端，恒转速输出控制单元控制变量马达动力输入单元。其功能是恒转速输出 控制单元根据发电机转速反馈回路和电网电压反馈回路反馈参数来控制变量马达动力输 入单元流量大小，通过液压系统自身调控来保证发电机的转速恒定。本发明的有益效果是，整体结构在空间布局灵活，系统大部分均可置于地面，极大 的简化了风电系统的传动与控制构架，给安装维修带来很大的便利；另外，采用液压传动方 式将使得能量的吸收、存储以及发电机系统的控制变得更为简单易行，可有效的提高风电 的机电系统的操控性能，提高电网的的运行质量；再则塔架顶端负荷的大幅度下降，简化了 塔架的结构。
图1为本发明专利提供的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器示意图。图中，1、风力机叶片；2、内曲线液压马达；3、动力管路；4、塔架；5、制动缓冲控制 阀单元；6、液压蓄能站；7、油箱及附件；8、恒转速输出控制单元；9、恒转速驱动回路单元； 10、变量马达动力输入单元；11、高速变量液压马达；12、发电机转速反馈回路；13、电网电 压反馈回路；14、液压马达-发电机动力传输单元；15、发电机组；16、转速传感器；17、电能 输出回路；18、电网。
具体实施例方式如图1所示，所述的风力发电系统的液压恒转速输出增速器包括风力机叶片1，内 曲线液压马达2，动力管路3，塔架4，制动缓冲控制阀单元5，液压蓄能站6，油箱及附件7， 恒转速输出控制单元8，恒转速驱动回路单元9，变量马达动力输入单元10，高速变量液压 马达11，发电机转速反馈回路12，电网电压反馈回路13，液压马达-发电机动力传输单元 14，发电机组15，转速传感器16，电能输出回路17，电网18。风能向液压能的转换。将内曲 线液压马达2置于塔架4的顶端，风力机叶片1套入内曲线液压马达2的输入轴并锁紧，当 风力机叶片1旋转时，内曲线液压马达2处于泵工况，动力管路3将内线液压马达2输出的 高压油送到地面的制动缓冲控制阀单元5、液压蓄能站6，并从地面的油箱及附件7吸入低 压油；制动缓冲控制阀单元5可通过其内部的液压控制单元对内曲线液压马达2的加载方 式的改变，对风力机叶片1的运动状态进行控制；由此完成了风能转化为液压能、并且将能 量由塔架顶端向地面传输。能量的存储、转换与利用。送到地面的液压能通过液压蓄能站6存储，并经过恒转 速输出控制单元8的控制通过变量马达动力输入单元10来驱动高速变量液压马达11 ；高 速变量液压马达11通过液压马达-发电机动力传输单元14与发电机组15连成一个整体， 当高速变量液压马达11旋转时，便带动发电机组15将液压能转换为电能，并通过电能输出 回路送往电网18 ；考虑到风能的随机性和间歇性，液压蓄能站6将能量以液压能的方式存 储起来，使得驱动系统的转速控制和电网参数控制变得简单易行。增速与恒速控制。选用低速性能良好的内曲线液压马达2来吸收风力机叶片随机 产生的低速大扭矩机械能，并通过液压蓄能站6将能量以液压能的方式存储，风力机叶片 运动的随机性造成的高速变量液压马达11和发电机组15转速和电网参数的波动得到削 弱。而高速变量液压马达11因发电机组15的工况要求，处于高速运转状态，从而使得内曲 线液压马达2与高速变量液压马达11间形成大速比的增速作用。为了使得高速变量液压 马达11和发电机组15转速和电网参数更加稳定，可通过转速传感器16、发电机转速反馈回 路12检测发电机组15的转速，通过电网电压反馈回路13检测电网18的参数，并将反馈信 号传给恒转速输出控制单元8，经其处理后通过恒转速驱动回路控制高速变量液压马达11 的转速，实现增速系统高速变量液压马达11的双馈恒转速输出。在实现时，高速变量液压 马达11和发电机组15组可以是多组，可根据风能的多少启动发电机组，维持电网的参数。
权利要求
1.一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，其特征在于，包括风能向液压能转换 系统、液压能向机械能转换系统、机械能向电能转换输出系统和增速与恒速控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，其特征在于， 所述风能向液压能转换系统包括塔架(4)、内曲线液压马达(2)和风力机叶片(1)，所述风 力机叶片(1)的转轴套套入内曲线液压马达(2)的输入轴并锁紧，所述内曲线液压马(2)达 置于塔架(4)的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，其特征在于， 所述液压能向机械能转换系统包括动力管路(3)、制动缓冲控制阀单元(5)、液压蓄能站 (6)、油箱及附件(7)、恒转速驱动回路单元(9)、变量马达动力输入单元(10)和高速变量液 压马达(11);所述内曲线液压马达(2)通过动力管路(3)与制动缓冲控制阀单元(5)相连， 所述动力管路(3)出油管一端与制动缓冲控制阀单元(5)进油口连接，所述动力管路(3)吸 油管口一端与油箱及附件(7)油口连接吸低压油，所述制动缓冲控制阀单元(5)出油口与 液压蓄能站(6 )输入端连接，所述液压蓄能站(6 )输出口连接恒转速输出控制单元(9 )进油 口，所述恒转速输出控制单元(9)出油口连接变量马达动力输入单元(10) —端，变量马达 动力输入单元(10)另一端与高速变量液压马达(11)进油口连接，所述恒转速驱动回路单 元(9) 一端连接高速变量液压马达(11)回油口，另一端连接油箱及附件(7)回油口回油油 箱。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，其特征在 于，所述机械能向电能转换输出系统包括液压马达-发电机动力传输单元(14)、发电机组 (15)、转速传感器(16)、电能输出回路(17)、电网(18)和电网电压反馈回路(13);所述高速 变量液压马达输出轴(11)连接液压马达-发电机动力传输单元(14)一端，液压马达-发电 机动力传输单元(14)另一端和发电机组(15)输入轴连接，转速传感器(16)装在发电机组 (15)上测量转速，电能输出回路(17)两端分别连接发电机组(15)输出端和电网(18)输入 端。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电系统的液压恒转速输出增速器，其特征在于， 所述增速与恒速控制系统包括发电机转速反馈回路(12)、电网电压反馈回路(13)、恒转速 输出控制单元(8)和变量马达动力输入单元(10);所述发电机转速反馈回路(12)连接转速 传感器(16)输出信号端和恒转速输出控制单元(8)输入端，所述电能输出回路(17)两端分 别连接电网(18)和恒转速输出控制单元(8)另一输入端，恒转速输出控制单元(8)控制变 量马达动力输入单元(10)。
全文摘要
本发明公开了一种用于风力发电系统的液压恒转速输出增速器，涉及一种用于增速的流体传动系统技术领域，包括风能向液压能转换系统、液压能向机械能转换系统、机械能向电能转换输出系统和增速与恒速控制系统。本发明整体结构在空间布局灵活，极大的简化了风电系统的传动与控制构架，安装维修便利；采用液压传动方式将使得能量的吸收、存储以及发电机系统的控制变得更为简单易行，有效的提高风电的机电系统的操控性能，提高电网的的运行质量。
文档编号F03D7/04GK102141013SQ20111005753
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者姜顺先, 李福柱, 王存堂, 陈飞 申请人:江苏大学