垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并離網(wǎng)的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并離網(wǎng)的控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球日益加劇的環(huán)境和能源問(wèn)題給人們的生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，而風(fēng)能作為一種綠色能源，具有蘊(yùn)藏量豐富、可再生、分布廣和無(wú)污染等特點(diǎn)，已成為可再生能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也因此迅猛發(fā)展。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各企業(yè)對(duì)電量的需求逐漸增強(qiáng)，在用電方面資金負(fù)擔(dān)較重，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也提出較高的要求。
[0003]傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要以齒輪箱傳動(dòng)和直驅(qū)傳動(dòng)兩種機(jī)型為主，傳統(tǒng)機(jī)型存在裝機(jī)重量大和成本高等不足，而垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種新型機(jī)型，采用定量栗-變量馬達(dá)閉式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，與勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)有效配合，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)型的不足。
[0004]隨著單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電功率迅速攀升，其風(fēng)輪直徑、機(jī)艙體積、整機(jī)重量都大大增加，這對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)輸、安裝、安全運(yùn)行和維護(hù)等帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，因此，人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向了小型垂直軸風(fēng)力機(jī)的身上。
[0005]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的控制技術(shù)是限制其產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)瓶頸，并網(wǎng)的條件是非常苛亥|J，具體條件為:(1)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)與電網(wǎng)電壓相等；(2)發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率相等；(3)并聯(lián)合閘的瞬間，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的對(duì)應(yīng)相的電壓應(yīng)同相位；(4)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序要相同；(5)發(fā)電機(jī)的電壓波形與電網(wǎng)電壓波形相同。事實(shí)上，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)安裝完華后，有的并聯(lián)條件就已經(jīng)具備。國(guó)家電網(wǎng)頻率要求為50HZ土(0.1?0.2)HZ，故需要變量馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速為1500r/min±6r/min。
[0006]針對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)牧場(chǎng)以及遠(yuǎn)離大陸的孤島，電網(wǎng)無(wú)法普及到這些地方，故需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行離網(wǎng)供電，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率和無(wú)功功率由負(fù)荷決定，無(wú)論負(fù)荷怎么變化，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)保證轉(zhuǎn)速/頻率穩(wěn)定，調(diào)壓系統(tǒng)應(yīng)保證電壓穩(wěn)定。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，專(zhuān)利CN102170134A中提出一種微電網(wǎng)并網(wǎng)到離網(wǎng)控制方法，該控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)在離網(wǎng)瞬間的發(fā)電出力和負(fù)荷用電保持平衡，保證了微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，但該方法并沒(méi)有從發(fā)電機(jī)輸入端闡述如何控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)的功能；專(zhuān)利CN104410097A中提出一種微網(wǎng)逆變器及其并網(wǎng)和離網(wǎng)的控制方法，該方法為支撐微網(wǎng)電壓頻率的可調(diào)度微網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)和離網(wǎng)時(shí)工作在不同的控制模式，能夠根據(jù)微網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行條件控制逆變器工作在不同的控制模式，提高了微電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，同樣該方法沒(méi)有從發(fā)電機(jī)輸入端闡述如何控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)的功能。
[0008]綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有的液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在并/離網(wǎng)的控制方法仍然是處于空白階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并離網(wǎng)的控制系統(tǒng)及控制方法，以從發(fā)電機(jī)輸入端解決如何控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)的功能。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并離網(wǎng)的控制系統(tǒng)，包括:機(jī)械部分、液壓主傳動(dòng)部分和發(fā)電控制部分；
[0013]所述機(jī)械部分包括:風(fēng)輪、第一傳動(dòng)軸、塔筒和塔架；
[0014]所述液壓主傳動(dòng)部分包括:風(fēng)速傳感器、第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、定量栗、功率控制器、低壓管路、第一高壓管路、電液比例節(jié)流閥、第二高壓管路、流量傳感器、轉(zhuǎn)速控制器、變量馬達(dá)、第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器和第二傳動(dòng)軸；
[0015]所述發(fā)電控制部分包括:發(fā)電機(jī)、多功能儀表、并網(wǎng)控制器、離網(wǎng)控制器、中間繼電器KA、常閉觸點(diǎn)KA、常開(kāi)觸點(diǎn)KA、電網(wǎng)、第二多功能儀表和負(fù)載；
[0016]所述風(fēng)輪通過(guò)所述第一傳動(dòng)軸與所述定量栗的主軸同軸連接，所述風(fēng)速傳感器設(shè)在所述風(fēng)輪附近，所述定量栗安裝在所述塔筒的內(nèi)部，所述第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)在所述第一傳動(dòng)軸上，所述定量栗的進(jìn)油口從所述低壓管路吸油，所述定量栗的壓油口通過(guò)所述第一高壓管路輸出高壓油，所述流量傳感器設(shè)在所述第二高壓管路上，所述安全閥跨接在所述第二高壓管路與所述低壓管路之間，所述變量馬達(dá)的吸油口與所述第二高壓管路相連，所述變量馬達(dá)的排油口與所述低壓管路相連，所述變量馬達(dá)的主軸通過(guò)所述第二傳動(dòng)軸與所述發(fā)電機(jī)的主軸同軸連接，所述第一多功能儀表設(shè)在所述發(fā)電機(jī)與所述電網(wǎng)之間，所述第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)在所述第二傳動(dòng)軸上，所述功率控制器的輸入端分別與所述第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、第一多功能儀表和風(fēng)速傳感器相連，所述功率控制器的輸出端與所述電液比例節(jié)流閥的控制端相連，所述轉(zhuǎn)速控制器的輸入端分別與所述流量傳感器、第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、第一多功能儀表和第二多功能儀表相連，所述轉(zhuǎn)速控制器的輸出端與所述變量馬達(dá)相連，所述并網(wǎng)控制器和離網(wǎng)控制器的輸入端均與所述第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器相連，所述并網(wǎng)控制器和離網(wǎng)控制器的輸出端均與所述中間繼電器KA相連，所述常閉觸點(diǎn)KA設(shè)在所述發(fā)電機(jī)與所述電網(wǎng)之間，所述常開(kāi)觸點(diǎn)KA跨接在所述常閉觸點(diǎn)KA和電網(wǎng)的兩端。
[0017]優(yōu)選地，還包括:第一單向閥、第二單向閥、溢流閥、補(bǔ)油栗和補(bǔ)油油箱；
[0018]所述補(bǔ)油栗的吸油口與所述補(bǔ)油油箱相連，所述補(bǔ)油栗的壓油口分別與所述第一單向閥和第二單向閥的一端相連，所述第一單向閥的另一端與所述第一高壓管路相連，所述第二單向閥的另一端與所述低壓管路相連，所述溢流閥跨接在所述補(bǔ)油栗的壓油口與所述補(bǔ)油油箱之間。
[0019]優(yōu)選地，還包括:安全閥；
[0020]所述安全閥跨接在所述第二高壓管路與所述低壓管路之間。
[0021]本發(fā)明還提供了一種垂直軸液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并離網(wǎng)的控制方法，包括以下步驟:
[0022]當(dāng)機(jī)組應(yīng)用在電網(wǎng)普及的地區(qū)時(shí)，需要機(jī)組能夠并網(wǎng)發(fā)電:
[0023]根據(jù)并網(wǎng)條件對(duì)機(jī)組輸出的轉(zhuǎn)速和功率的要求，在并網(wǎng)前，通過(guò)轉(zhuǎn)速控制器控制變量馬達(dá)的擺角；首先，轉(zhuǎn)速控制器通過(guò)第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采集變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、通過(guò)流量傳感器采集第二高壓管路的流量、通過(guò)第一多功能儀表采集電網(wǎng)的頻率和電壓，然后，轉(zhuǎn)速控制器輸出控制信號(hào)給變量馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變量馬達(dá)擺角控制，控制變量馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在 1500r/min±6r/min ；
[0024]并網(wǎng)后，為確保機(jī)組輸出的功率平滑，通過(guò)功率控制器控制電液比例節(jié)流閥的閥口開(kāi)度；首先，功率控制器通過(guò)風(fēng)速傳感器采集風(fēng)速、通過(guò)第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采集風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、通過(guò)第一多功能儀表采集發(fā)電機(jī)輸出的功率和電網(wǎng)的電壓，然后，功率控制器輸出控制信號(hào)給電液比例節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)電液比例節(jié)流閥閥口開(kāi)度的控制，進(jìn)而控制第二高壓管路的壓力，以使機(jī)組輸出的功率平滑；
[0025]通過(guò)第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩給并網(wǎng)控制器26，并網(wǎng)控制器控制中間繼電器KA28失電，常閉觸點(diǎn)KA29閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)KA30斷開(kāi)，機(jī)組并入電網(wǎng)，給負(fù)載供電。
[0026]當(dāng)機(jī)組應(yīng)用在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)，故需要機(jī)組實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)發(fā)電:
[0027]根據(jù)離網(wǎng)工況，針對(duì)用戶(hù)對(duì)機(jī)組輸出的轉(zhuǎn)速的要求，在發(fā)電前，通過(guò)轉(zhuǎn)速控制器控制變量馬達(dá)的擺角；首先，轉(zhuǎn)速控制器通過(guò)第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采集變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、通過(guò)流量傳感器采集第二高壓管路的流量、通過(guò)第一多功能儀表采集發(fā)電機(jī)輸出端的頻率和電壓、通過(guò)第二多功能儀表采集負(fù)載的用電頻率，然后，轉(zhuǎn)速控制器輸出控制信號(hào)給變量馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變量馬達(dá)擺角的控制，使變量馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；
[0028]發(fā)電后，通過(guò)轉(zhuǎn)速控制器控制變量馬達(dá)的擺角；首先，轉(zhuǎn)速控制器通過(guò)第二多功能儀表采集負(fù)載的用電頻率，然后，轉(zhuǎn)速控制器輸出控制信號(hào)給變量馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變量馬達(dá)擺角的控制，使變量馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速滿足負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速工頻的需求；
[0029]通過(guò)第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩給離網(wǎng)控制器，最終通過(guò)離網(wǎng)控制器控制中間繼電器KA得電，常閉觸點(diǎn)KA斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)KA閉合，機(jī)組離網(wǎng)發(fā)電供給負(fù)載。