專利名稱：一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將脈動的風能或水能轉換為穩(wěn)頻電能的方法，具體涉及一種
液控穩(wěn)頻發(fā)電方法。
背景技術：
作為十分重要綠色能源，風能或水能的有效利用受到世界各國廣泛重視。目前廣
泛應用中的風力發(fā)電裝置或水力發(fā)電裝置一般采用一次換能技術將風能或水能轉化為機
械能驅動發(fā)電機進行發(fā)電。自然界風速或水流速度的不穩(wěn)定性，直接影響了風力或水力發(fā)
電機組輸出電能頻率的穩(wěn)定性，品質低劣的電能不能直接用于電器或者輸送到電網。針對
提高風力發(fā)電品質需求，目前已研究出如風力機的變漿距調節(jié)、增速機、交流勵磁變速恒頻
雙饋發(fā)電機低頻交流逆變等技術與裝置。這些技術與裝置的實施一定程度上提高了發(fā)電品 質，但其缺點在于 1、增速機價格昂貴由于風速較低，風力發(fā)電裝置中葉片只能以較低的轉速進行轉 動，而現(xiàn)有的普通發(fā)電機要求轉速較高。為了解決這個矛盾，現(xiàn)有風力發(fā)電裝置通常采用增 速機來提高轉速，但增速機價格昂貴； 2、普通發(fā)電機發(fā)電頻率不穩(wěn)定由于增速機是一個固定轉速比的速度變化機構，因 此，增速機將放大脈動變化的風速對發(fā)電機轉速的影響，導致了發(fā)電機的轉速不停地改變， 影響發(fā)電品質； 3、交流勵磁變速恒頻雙饋發(fā)電機技術成本較高為了克服風力不平穩(wěn)對發(fā)電品質
的影響，采用變速恒頻雙饋發(fā)電技術，大大增加現(xiàn)有風力發(fā)電裝置的投資成本； 4、風力發(fā)電裝置整體重心高現(xiàn)有風力發(fā)電裝置中的發(fā)電機、增速機均置于數(shù)十米
高塔架頂端的機艙內，系統(tǒng)整體重心非常高，設備安裝、維護十分困難，且對塔架及其基礎
結構強度要求非常高，增加了風力發(fā)電系統(tǒng)的建造成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，能將不穩(wěn)定的流體能轉換為穩(wěn)定的液壓能， 使最終輸出恒頻的電能，提高電能品質，保護電網系統(tǒng)。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，包含以下步驟 步驟1葉輪采集流場能量，轉化為機械能后傳輸至功率調配箱； 步驟2功率調配箱將機械能傳輸至變初始相角安裝的并聯(lián)泵組，進行機械能向液
壓能的轉換，并經過集流器匯集后將液壓能傳輸至變量液壓馬達； 步驟2. 1功率調配箱將機械能分配和傳遞給多個變初始相角安裝的液壓泵，每個 液壓泵將機械能轉換為液壓能； 步驟2. 2集流器匯集多路液壓泵的輸出并通過相位疊加方式減小液壓能總體輸 出流量的脈動，并將穩(wěn)定液壓能傳輸至變量液壓馬達； 步驟3恒速控制器反饋控制閉式液壓回路中的控制閥組和變量液壓馬達的電控變量機構，使變量液壓馬達將液壓能轉換為恒轉速機械能輸出至發(fā)電機； 步驟3. 1變量液壓馬達將集流器匯集的回路液壓能轉換成機械能，并通過聯(lián)軸器
傳輸至發(fā)電機； 步驟3. 2恒速控制器實時檢測變量液壓馬達輸出的轉速和扭矩，通過控制閉式液
壓回路中的壓力控制閥、流量控制閥以及變量液壓馬達中的電控變量機構，控制液壓馬達
的液壓油流量和排量，使變量液壓馬達恒速轉動，輸出穩(wěn)定恒速的機械能； 步驟4發(fā)電機將恒速穩(wěn)定的機械能轉換為恒頻率的電能輸出。 上述步驟1中的流場能量包含風能或水能。 上述步驟2中的并聯(lián)泵組包含若干個并聯(lián)連接的液壓泵。 上述的步驟2. 1之前，還包含以下步驟 運控裝置檢測葉輪輸出的轉矩和轉速，其根據(jù)檢測結果控制功率調配箱向并聯(lián)泵
組分配機械能，并控制并聯(lián)泵組中參與能量轉換的液壓泵數(shù)量。 上述步驟3中的控制閥組包含壓力控制閥和流量控制閥。 上述步驟4中的發(fā)電機為交流同步發(fā)電機或交流異步發(fā)電機。 本發(fā)明一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法與現(xiàn)有的發(fā)電方法相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明采用
閉式液壓回路將不穩(wěn)定機械能量轉換為穩(wěn)定的液壓能，使最終輸出恒頻的電能，提高電能
品質，保護電網系統(tǒng)； 本發(fā)明利用控制閥組控制系統(tǒng)中輸入變量液壓馬達的液壓油壓力和流量，使變量 液壓馬達內液壓油的流量和排量最優(yōu)匹配，生成變量液壓馬達的恒轉速輸出，產生恒頻電 能，提高電能品質，保護電網系統(tǒng)； 本發(fā)明采用并聯(lián)泵組代替單臺大功率泵，降低制造難度和成本，便于安裝和維護。


圖1為本發(fā)明一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法的裝置的總體結構示意圖；
圖2為本發(fā)明一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法的方法流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。 以下實施例，采用一種適用于本發(fā)明的風力發(fā)電裝置為例。而且，若采用本發(fā)明進 行水力發(fā)電，其采用的水力發(fā)電方法及其發(fā)電裝置與該采用風力發(fā)電方法及其發(fā)電裝置相 類似。 如圖1所示，為適用于本發(fā)明所提供的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法的一種風力發(fā)電裝置， 該裝置包含葉輪1、功率調配箱2、并聯(lián)泵組3、集流器4、運控裝置5、控制閥組6、變量液壓 馬達7、恒速控制器8和發(fā)電機9。 葉輪1與功率調配箱2之間通過聯(lián)軸器連接，功率調配箱2與并聯(lián)泵組3通過轉 軸連接，并聯(lián)泵組3和集流器4通過液壓管路連接。 其中，并聯(lián)泵組3包含多個并聯(lián)設置的液壓泵，各液壓泵以變初始相角安裝。
運控裝置5與功率調配箱2電路連接；該運控裝置5還通過液壓管路與并聯(lián)泵組 3連接。
集流器4和運控裝置5之間通過液壓管路并聯(lián)連接有控制閥組6和變量液壓馬達 7。變量液壓馬達7輸出軸通過聯(lián)軸器和發(fā)電機9連接。恒速控制器8檢測液壓馬達輸出 轉速和扭矩，協(xié)同控制回路中控制閥組6和液壓馬達7的電控變量機構動作。
其中，變量液壓馬達7包含電控變量機構；控制閥組6包含壓力控制閥和流量控制 閥；發(fā)電機9可采用普通交流同步發(fā)電機或交流異步發(fā)電機。 本發(fā)明液控穩(wěn)頻風力發(fā)電裝置還包含用以風力發(fā)電的塔架，該塔架上端設有機 艙，葉輪1、功率調配箱2、并聯(lián)泵組3、集流器4和運控裝置5設置在該塔架的機艙內；變量 液壓馬達7、控制閥組6、恒速控制器8和發(fā)電機9設置在地面的機房中，設置在機艙內的設 備與設在地面機房內的設備通過由液壓管路組成的閉式液壓回路和電纜分類連接，該布局 方式大大減小機艙設備重量，有效降低設備安裝、運行維護和維修成本，同時降低對塔架、 基礎設施的結構強度要求。 以下結合上述裝置，介紹本發(fā)明一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其包含以下步驟 步驟1葉輪1采集流場能量，轉化為機械能后傳輸不恒定的轉矩與轉速至功率調
配箱2 ; 步驟2功率調配箱2將機械能傳輸至變初始相角安裝的并聯(lián)泵組3，進行機械能向 液壓能的轉換，并經過集流器4匯集后將穩(wěn)定液壓能傳輸至變量液壓馬達7 ;
同時，運控裝置5通過功率調配箱2檢測葉輪1輸出的轉矩和轉速，并根據(jù)其檢測 結果控制功率調配箱2向并聯(lián)泵組3分配機械能，控制并聯(lián)泵組3中參與能量轉換的液壓 泵的數(shù)量，同時，運控裝置5也完成閉式液壓回路的補油、調節(jié)閉式液壓回路中的油溫。
步驟2. 1功率調配箱2將機械能分配傳遞給多個變初始相角安裝的液壓泵，每個 液壓泵將機械能轉換為液壓能，同時對葉輪1進行過載停車控制； 步驟2. 2集流器4匯集多路液壓泵的輸出并通過相位疊加方式減小液壓能總體輸 出流量的脈動，并將匯集得到的穩(wěn)定液壓能傳輸至變量液壓馬達7。 步驟3恒速控制器8反饋控制閉式液壓回路中的控制閥組6和變量液壓馬達7的 電控變量機構，使變量液壓馬達7將液壓能轉換為恒轉速機械能輸出至發(fā)電機9 ;
步驟3. 1變量液壓馬達7將集流器4匯集的回路液壓能轉換成機械能，并通過聯(lián) 軸器傳輸至發(fā)電機9; 步驟3. 2恒速控制器8實時檢測變量液壓馬達7輸出的轉速和扭矩，通過控制閉 式液壓回路中的壓力控制閥、流量控制閥以及變量液壓馬達7中的電控變量機構，從而控 制變量液壓馬達7的液壓油流量和排量，獲得變量液壓馬達7中液壓油流量和排量的最優(yōu) 匹配，使變量液壓馬達7恒速轉動，輸出穩(wěn)定恒速的機械能。 步驟4發(fā)電機9將恒速穩(wěn)定的機械能轉換為恒頻率的電能輸出，傳輸給電網系統(tǒng)。
盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1葉輪(1)采集流場能量，轉化為機械能后傳輸至功率調配箱(2)；步驟2功率調配箱(2)將機械能傳輸至變初始相角安裝的并聯(lián)泵組(3)，進行機械能向液壓能的轉換，并經過集流器(4)匯集后將液壓能傳輸至變量液壓馬達(7)；步驟3恒速控制器(8)反饋控制閉式液壓回路中的控制閥組(6)和變量液壓馬達(7)的電控變量機構，使變量液壓馬達(7)將液壓能轉換為恒轉速機械能輸出至發(fā)電機(9)；步驟4發(fā)電機(9)將恒速穩(wěn)定的機械能轉換為恒頻率的電能輸出。
2. 如權利要求l所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，步驟l中所述的流場能量包含 風能或水能。
3. 如權利要求1所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，步驟2中所述的并聯(lián)泵組(3) 包含若干個并聯(lián)連接的液壓泵。
4. 如權利要求3所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，所述的步驟2具體包含以下步驟步驟2. 1功率調配箱(2)將機械能分配和傳遞給多個變初始相角安裝的液壓泵，每個 液壓泵將機械能轉換為液壓能；步驟2. 2集流器(4)匯集多路液壓泵的輸出并通過相位疊加方式減小液壓能總體輸出 流量的脈動，并將穩(wěn)定液壓能傳輸至變量液壓馬達(7)。
5. 如權利要求4所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，在所述的步驟2. 1之前，還包 含以下步驟運控裝置(5)檢測葉輪(1)輸出的轉矩和轉速，其根據(jù)檢測結果控制功率調配箱(2) 向并聯(lián)泵組(3)分配機械能，并控制并聯(lián)泵組(3)中參與能量轉換的液壓泵數(shù)量。
6. 如權利要求1所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，步驟3中所述的控制閥組(6) 包含壓力控制閥和流量控制閥。
7. 如權利要求1所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，所述的步驟3具體包含以下步驟步驟3. 1變量液壓馬達(7)將集流器(4)匯集的回路液壓能轉換成機械能，并通過聯(lián) 軸器傳輸至發(fā)電機(9);步驟3.2恒速控制器(8)實時檢測變量液壓馬達(7)輸出的轉速和扭矩，通過控制閉 式液壓回路中的壓力控制閥、流量控制閥以及變量液壓馬達(7)中的電控變量機構，控制 變量液壓馬達(7)的液壓油流量和排量，使變量液壓馬達(7)恒速轉動，輸出穩(wěn)定恒速的機 械能。
8. 如權利要求1所述的液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其特征在于，步驟4中所述的發(fā)電機(9)為 交流同步發(fā)電機或交流異步發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液控穩(wěn)頻發(fā)電方法，其包含以下步驟，a.葉輪采集流場能量并轉化為機械能；b.功率調配箱將機械能傳輸至變初始相角安裝的并聯(lián)泵組，進行機械能向液壓能的轉換，并經過集流器將液壓能傳輸至變量液壓馬達；c.恒速控制器協(xié)同控制回路中的控制閥組和液壓馬達中的電控變量機構，獲得進入液壓馬達的流量和液壓馬達排量的最優(yōu)匹配，生成液壓馬達恒轉速輸出，并傳遞至發(fā)電機；d.發(fā)電機將恒速穩(wěn)定的機械能轉化為恒頻率電能輸出。本發(fā)明采用閉式液壓回路實現(xiàn)流場能量的轉換和遠距離傳遞，解決現(xiàn)有風力發(fā)電裝置成本高、恒頻穩(wěn)壓難、安裝維修困難等問題，有效降低風力發(fā)電裝備建設和運行維護成本。
文檔編號F03D7/00GK101793232SQ20101010658
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者李天石, 李岳, 溫熙森, 要義勇, 陳忠衛(wèi) 申請人:上海僖舜萊機電設備制造有限公司