[发明专利]一种混合传动风力发电系统

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种混合传动风力发电系统。

背景技术

风力发电系统运行环境复杂，所受不同载荷的工况众多，载荷值多变，使齿轮箱、叶轮主轴等传动部件承受的转速及转矩波动剧烈，导致风力发电系统的传动装置故障频发，维修成本居高不下。伴随着风力发电系统的大型化、海上风电扩展的趋势，风力发电系统的运行维护成本问题更加突出。据统计数据，风力发电系统中齿轮箱部分故障维修成本最高，齿轮箱故障的高发期出现在投入运行后的5～8年间，这与风力发电系统的设计寿命15～20年存在明显差异。风力发电系统运行寿命和维护成本，以及传动系统的可靠性关乎整个风电行业的发展。

对于并网型风力发电系统，要求风力发电系统有“变速恒频”的功能，即在风速低于额定值时，风力发电系统时刻保持最佳能量捕获状态；在风速高于额定值时，风力发电系统能够维持发电机转速在额定值。目前，齿轮箱传动式风力发电系统大多采用电力电子设备实现这一功能。采用电力电子设备不仅使成本提高，而且会产生电能损失，向电网注入有害谐波电能。

在现有的风力发电系统中，也有用液压系统作为其传动装置的。液压传动可以有效地缓和突变的风载荷对风力发电系统承载的波动和冲击，稳定功率输出。但相比于齿轮箱传动，液压传动的整体效率偏低。并且，与叶轮连接的液压泵需具有大排量低转速特性，需要专业的设计与制造，极大地提高了成本。

公开号为CN103277252A的发明专利公开了一种用于并网型风力发电系统的机械-液压混合传动装置，该机械-液压混合传动装置将发电机与行星轮系的齿圈直接连接，导致齿圈需要与发电机同步进行高速旋转，齿圈的过高转速容易使行星轮系发生故障并使其损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混合传动风力发电系统，该混合传动风力发电系统采用机械-液压混合传动方式，集成了机械传动的高效率与液压传动的柔性传动特点，且同步发电机与分流行星齿轮的太阳轮相连接，分流行星齿轮的齿圈可以避免因高速旋转引起的故障。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种混合传动风力发电系统，其包括叶轮、增速行星轮系、分流装置、同步发电机和调速液压系统，所述叶轮和所述增速行星轮系的输入轴相连接。所述分流装置包括第一齿轮副、分流行星齿轮和第二齿轮副，所述第一齿轮副包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述分流行星齿轮包括行星架、太阳轮、行星轮和齿圈，所述第二齿轮副包括相啮合的第三齿轮和第四齿轮。所述调速液压系统包括变量液压泵、定量液压马达、蓄能器和油箱。

所述第一齿轮与所述变量液压泵相连接，所述第二齿轮分别与所述增速行星轮系的输出轴、行星架相连接。所述第三齿轮与所述定量液压马达相连接，所述第四齿轮与所述齿圈为一体式结构且能同步旋转。所述太阳轮与所述同步发电机相连接。

进一步的，所述变量液压泵的进口分别与所述定量液压马达的出口、所述油箱相连通，所述变量液压泵的出口分别与所述定量液压马达的进口、所述蓄能器的出口相连通。

进一步的，所述调速液压系统还包括溢流阀、第一单向阀、第二单向阀和截止阀。所述第一单向阀的进口与所述变量液压泵的出口相连通，所述第一单向阀的出口分别与所述定量液压马达的进口、所述溢流阀的进口、所述截止阀的出口相连通。所述第二单向阀的进口与所述油箱相连通，所述第二单向阀的出口分别与所述变量液压泵的进口、所述溢流阀的出口相连通。所述截止阀的进口与所述蓄能器的出口相连通。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的混合传动风力发电系统，采用机械-液压混合传动方式，实现了叶轮捕获能量的分流传动，兼具机械传动的高效率和液压传动的柔性传动特点。

2、本发明所述的混合传动风力发电系统，采用调速液压系统，通过调节变量液压泵的排量，达到变速恒频效果，实现风能的最大功率捕获及电网友好的效果。同时，调速液压系统减小了风速突变或负载变化造成的系统冲击和扭矩波动，使混合传动风力发电系统能够平稳运行，改善机械传动工况，降低齿轮箱的故障率。

3、本发明所述的混合传动风力发电系统，通过调速液压系统中蓄能器吸收、释放能量，起到削峰填谷的作用。在保证混合传动风力发电系统平稳运行前提下，提高混合传动风力发电系统的整体能量利用率。

4、本发明所述的混合传动风力发电系统，调速液压系统采用闭式液压回路，液压执行元件的回油直接与变量液压泵的吸油腔相连，结构紧凑，用油量少，只需很小的油箱，节省空间，同时可以降低泄漏，减少污染。

附图说明