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的设计中也不例外。至于采用液压还是电气来控制叶片角度的输出功率、速度或频响,一般取决于制造厂家的经验而定。 2、变桨控制系统
叶片角度(变桨)控制系统设计时主要应考虑当风力发电机遇到像台风等强风力时,机组能立即停止运行,以使电源中断,而此时的叶片需要控制在和风向相平行的位置上,确保叶片不再转动,电源中断后,机组的能量贮存系统开始工作,如液压蓄能器或蓄电池。用液压控制时,用液压直线驱动器(液压缸),用电气控制时,采用电气回转式驱动器。装在主轴内的液压直线驱动器,及停止时应用的蓄能器也装在轴内。
国外液压直线驱动器是将液压、电子、电气的优点融合在一起的液压直线驱动装置(Electro-hydraulic system),简称Hybrid 系统,这种系统节能是值得提倡。
这种由液压缸、液压泵、AC 马达、蓄能器、电磁阀、传感器和动力源组成
的集成式电气液压伺服驱动系统具有动态性能好,输出功率大,电气安装性和维
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护性好等优点。它可以降低液压系统的缺点,如漏油和油污染的影响,使可靠性得到显著提高,而当电力中断时,又能充分显示出液压传动的优点,即和液压缸串联的液压缸,从蓄能器获得供油,使叶片迎风面和风向平行,使叶轮停止转动。液压系统由带位置传感器的液压缸和双向供油的齿轮泵直接供油,中间没有阀,减少了压力损失和漏油点,这种系统比伺服控制系统节能40%以上。
除上述Hybrid 系统外,在国外,叶片角度控制和偏转器回转也有采用直线式电液伺服比例液压缸和回转型液压比例伺服驱动马达的。这些系统具有动静态性能好,寿命长等优点,但在节省能耗和油液污染度等方面较Hybrid 系统差。
目前世界各大公司提供的风电液压系统,广泛采用比例伺服闭环控制系统。
AAAA美国Parker 公司为风力发电提供各种液压元件和成套风电系统(包括制动、偏转器和叶片角度等的控制系统)。角度控制系统由特殊设计的液压缸组成,装在风轮轮毂内,液压缸内装有位置传感器,缸上还集成了所需的液压阀,每台风电设备都设有二三套独立的角度控制系统(每个叶片一个)。该系统具有高可靠性和安全性,动静态性能好,维护方便,泄漏少等优点。系统采用高性能比例伺服控制可以由模拟信号或数字信号控制。Parke 公司提供的阀总成预先都经过严格验,可减少安装调试时间,降低成本,还可节省运行维护费用。液压源由过滤性能良好的单独液压站提供。偏转器回转系统具有良好的保持叶片正确与风向对中,使风力发电具有良好的性能。Parker 公司可提供电控和液压控制两种系统,液压系统可实现更加紧凑的直接驱动,还具有良好的过载保护,避免部件损坏,系统采用闭环比例伺服控制,动态和静态性能好。Parker 公司为和上述三个系统配套,还提供独立的过滤性好并可在停电故障时,由蓄能器提供的液压动力源,保证安全停止和机组安全。
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美国伊顿(Eaton)公司在风力发电液压控制系统方面做了不少研究工作,所提供的风轮叶片角度闭环比例控制系统可承受高温、低温的工作条件,系统的动静态性能好、位置精度高。
德国博世力士乐公司是欧洲风力发电液压系统和电气系统的供应商,可以成套提供机组用的增速齿轮箱、制动系统、风轮叶片控制系统、偏转器控制系统。根据用户需要可提供电气控制系统和液压比例伺服闭环系统。液压驱动系统已广泛用于大型风力发电机组。 变桨控制系统实例:
美国Zond 公司的Z- 40型液压变桨距控制机构
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该液压变桨距控制机构属于电液伺服系统,典型的变桨距液压执行机构原理如上图所示。桨叶通过机械连杆机构与液压缸相连接,节距角的变化同液压缸位移基本成正比。当液压缸活塞杆朝左移动到最大位置时,节距角为88°,而活塞向右移动到最大位置时,节距角为- 5°。在系统正常工作时,两位三通电磁换向阀a ,b ,c 都通电,液控单向阀打开,液压缸的位移由电液比例阀换向阀进行精确控制。在风速低于额定风速时,不论风速如何变化,电液比例换向阀维持桨叶节距角为3°,考虑到油缸的泄漏,电液比例换向阀进行微调,保持节距角不变;当风速高于额定风速时,根据输出功率,利用电液比例换向阀精确改变输出流量,从而控制桨叶的节距角,使输出功率恒定。
3、液压制动系统
机舱和主轴一高速轴回转系统采用液压圆盘片式制动器主轴高速轴回转系统是供直径60~100m 的叶片的制动用。急剧制动会使叶片及回转系统产生强烈振动,并产生很大负荷。为此,需对轴的转速进行反馈,采用由改变幅度来调整制动压力的方法(软制动),可以将负荷减轻数倍。
Parker 公司、Eaton 公司和力士乐公司也生产圆盘叶片式制动系统,可以经受恶劣条件,安全性好。泄漏少,体积小,节省空间,液压源由单独液压站供应
液压制动系统实例丹麦BONUS-150KW风机刹车液压系统
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风力发电基础知识与及风电液压应用
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