阅读说明：本技术 一种风力液压发电系统及其应用方法 (Wind power hydraulic power generation system and application method thereof ) 是由 常典军 于 2018-06-20 设计创作，主要内容包括：针对现有技术中风电设置控制不灵活的问题,本发明提供一种风力液压发电系统及其应用方法,包括风动叶片、风动叶片旋转驱动的液压泵、连接液压泵输出端的高压罐、输入端均与高压罐输出端连通的多个并行的用于发电的液压马达、与液压马达输出端同时连接的低压罐；其中,所述的低压罐与液压泵的输入端连通设置,其中,所述的高压罐内初始状态设置有最低工作气压,其技术方案在于：所述的高压罐内还设置有高压罐压力测量装置,该高压罐压力测量装置电连接至用于根据高压罐内气体压力与最低工作气压的比较值而动态的分配一个或多个液压马达工作的控制装置,本发明电能输出更加稳定,能源利用率高。(The wind power hydraulic power generation system comprises a wind driven blade, a hydraulic pump rotationally driven by the wind driven blade, a high-pressure tank connected with the output end of the hydraulic pump, a plurality of parallel hydraulic motors with the input ends communicated with the output end of the high-pressure tank and used for power generation, and a low-pressure tank simultaneously connected with the output end of the hydraulic motors, wherein the wind driven blade is connected with the hydraulic pump; wherein, the input intercommunication setting of low pressure jar and hydraulic pump, wherein, the high-pressure jar in initial condition be provided with minimum working pressure, its technical scheme lies in: the high-pressure tank is internally provided with a high-pressure tank pressure measuring device which is electrically connected to a control device used for dynamically distributing one or more hydraulic motors to work according to the comparison value of the gas pressure in the high-pressure tank and the lowest working air pressure.)

一种风力液压发电系统及其应用方法

技术领域

本发明属于风力发电装置领域，尤其涉及一种风力液压发电系统及其应用方法。

背景技术

风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。风力发电，就是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过传动机构驱动发电机转动，从而达到发电的目的。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。现有的，除了传统的叶片旋转带动发电机，通过风能-机械能转换发电的外，还包括如专利文件CN101191457公开的，利用风能-液压-推动液压马达工作的技术方案。该技术方案虽然在一定程度上可以实现并提高风能利用率，但是，无法解决风能不稳定的问题。如外界风力过小，则叶片缓慢旋转，液压泵却无法工作，造成一定的损失。而且，在外界风力过大的情况下，液压马达的工作功率是一定的，所以，还有处于峰值也就是风力最大时的能量均损耗了，风能转化成电能不稳定，而且转化率较低。

也有如专利文件CN104234939公开的技术方案，其在一定程度上解决了风力在最小化和最大化峰值时的问题，提出了蓄能器的概念，但是仅仅对蓄能器的功能进行了描述，并未存在具体的实施的方式。可见，在目前的技术背景下，找到一种价格低廉的可以储能/放能的“蓄能器”并不容易。

同时，更加重要的是，虽然带有“蓄能器”的技术方案在一定程度上解决了风力“峰值”和“低谷”时的问题，但是，其技术方案所披露的原理仍然是一台风力接收装置直连一台“蓄能器”直连一台液压马达进行输出，导致了在运行过程中控制的不灵活。如果以上三个环节中的任一个环节出现问题，整个风电系统就瘫痪了，无法使用，大大的限制了风电的发展。同样的，在这种模式下，虽然“蓄能器”减少了风力的损耗，提高了风力的应用效率，但是，由于液压马达的功率恒定，风力接收装置需要转动的风力恒定，在最初选择风力发电设备时，为了输出一定数量的电能，必然选择较高功率的发电机，而大功率的发电机本身就比较昂贵。

现有可知的，由于风速变化是随机的，因此风电场出力也是随机的，风电本身这种特点使其容量可信度低，给电网有功、无功平衡调度带来困难。

大型风电场及其周围地区，常常会有电压波动大的情况。主要是因为以下三种情况。风力发电机组启动时仍然会产生较大的冲击电流。单台风力发电机组并网对电网电压的冲击相对较小，但并网过程至少持续一段时间后(约为几十秒)才基本消失，多台风力发电机组同时直接并网会造成电网电压骤降。

因此现有的处理手段是多台风力发电机组在并网时采用分组并网的手段，且要有一定的间隔时间。当风速超过切出风速或发生故障时，风力发电机会从额定出力状态自动退出并网状态，风力发电机组的脱网会产生电网电压的突降，而机端较多的电容补偿由于抬高了脱网前风电场的运行电压，从而引起了更大的电网电压的下降。

同样的，风电场风速条件变化也将引起风电场及其附近的电压波动。比如当风场平均风速加大，输入系统的有功功率增加，风电场母线电压开始有所降低，然后升高。这是因为当风场输入功率较小时，输入有功功率引起的电压升数值小，而吸收无功功率引起的电压降大；当风场输入功率增大时，输入有功引起的电压升数值增加较大，而吸收无功功率引起的电压降增加较小。如果考虑机端电容补偿，则风电场的电压增加。特别的，当风电场与系统间等值阻抗较大时，由于风速变动引起的电压波动现象更为明显，如果风电网络中某处发生三相接地故障时，将有可能导致全网的电压崩溃。

由此可知，目前的风力发电输出极不稳定，甚至无法并网。所以，一种控制灵活且成本低，同时又可以解决风力场风速不稳定时对电网带来冲击的风力液压发电系统及其应用方法亟待研发。

发明内容

针对现有技术中风电设置控制不灵活且大功率发电设备较为昂贵的问题，本发明提供一种风力液压发电系统及其应用方法，可以灵活的处理风力发电过程中的能量转换，有效的解决上述问题。所述的一种风力液压发电系统，包括风动叶片、风动叶片旋转驱动的液压泵、连接液压泵输出端的高压罐、输入端均与高压罐输出端连通的多个并行的用于发电的液压马达、与液压马达输出端同时连接的低压罐；其中，所述的低压罐与液压泵的输入端连通设置，其中，所述的高压罐内初始状态设置有最低工作气压，该最低工作气压的压力推动液压马达输入端管路中液体所产生的动能等同于一个液压马达能够工作的最低限值，其技术方案在于：所述的高压罐内还设置有高压罐压力测量装置，该高压罐压力测量装置电连接至用于根据高压罐内气体压力与最低工作气压的比较值而动态的分配一个或多个液压马达工作的控制装置；

进一步的，所述的一种风力液压发电系统，还包括储气罐；该储气罐的进气端连接气泵的输出端；该储气罐的输出端与高压罐连通设置用于在工作初始状态为高压罐提供最低工作气压的气体； 其中，所述的气泵与储气罐连接的管路上设置有充气单向阀；该储气罐与高压罐之间设置有加压可控单向阀；该气泵和加压可控单向阀均连接至控制装置；

进一步的，所述的液压泵的输出端与高压罐连通的管路上设置有高压输入单向阀；所述的高压罐向液压马达输出液体的输出端上均设置有工作选择可控单向阀；所述的液压泵的输入端与低压罐的之间的管路上设置有低压输入单向阀；所述的工作选择可控单向阀均与控制装置电连接；

进一步的，所述的一种风力液压发电系统，还包括用于在外界风力过大导致高压罐内的空气压力过高时对风能余量进行存储的备用储能罐；其中，该备用储能罐的输出端与高压罐的输出端连通设置且该备用储能罐的输入端与高压罐的输入端连通设置；其中，备用储能罐的输入端设置有在高压罐内部气体的压力达到最高限定值时进行打开的峰值保护可控单向阀；该峰值保护可控单向阀电连接至控制装置；该备用储能罐的输出端设置有在高压罐中的气压稳定的情况下关断的备用罐输出可控单向阀； 其中，所述的备用储能罐的内部设置有用于测量备用储能罐内空气压力的备用罐压力测量装置；其中，所述的峰值保护可控单向阀和备用罐压力测量装置均电连接至控制装置；所述的备用储能罐内初始状态设置有最低工作气压；

进一步的，所述的一种风力液压发电系统，还包括设置在高压罐内的用于测量高压罐内部液体温度的温度测量装置；该温度测量装置电连接至控制装置；

进一步的，所述的控制装置还包括控制芯片、显示器和控制芯片对采集到的温度数据超过限定值时进行声光报警的报警单元；其中，所述的控制芯片用于接收高压罐压力测量装置中的压力数值，并将该压力数值与设定值进行比对得到压力差值，再根据该压力差值动态的分配一个或多个液压马达工作，并将工作与非工作的液压马达的状态均显示在显示器上；

一种液压风力发电系统的应用方法，其技术方案在于： 所述的风动叶片旋转驱动的液压泵工作时，将低压罐中的液体泵出进入高压罐，高压罐中的气体被压缩，控制装置每隔时间T读取高压罐压力测量装置采集的高压罐内的气体压力并与最低工作气压进行比较，根据得到的比较值与液压马达的参数进行比对，分配最低一个液压马达工作或者最多全部液压马达工作。

本发明的有益效果是： 本发明根据高压罐内气体压力与最低工作气压的比较值而动态的分配一个或多个液压马达工作，从而完成发电工作，可以选取较小功率的液压马达构成发电阵列，无需购买较昂贵的大功率发电装置。从接收风力到高压罐压缩其内的气体蓄能，到高压罐中的压缩空气在时间T内向外推动液体进入液压马达的过程中，每个环节都是独立的，因为风动叶片和液压泵都是成组出现，但是高压罐中的气体驱动的液压马达确是由控制装置也就是客户自己选择的，如果其中一台液压马达发生故障，不影响其他液压马达的工作。再有，高压罐的存在可以很好的对风能进行低谷存储，配合备用储能罐可以实现风力的峰值错峰，大大提升风能的利用率。并且，通过高压罐中的气体压缩，再对液压马达进行驱动发电，可以使电能输出更加稳定，为并网提供先决条件。

附图说明

图1是本发明结构示意图。其中，1. 风动叶片；2.液压泵；3.高压罐；4.液压马达；5.低压罐；6.储气罐；7.气泵；8. 备用储能罐；9. 控制装置；901. 高压罐压力测量装置；902. 加压可控单向阀；903. 工作选择可控单向阀；904. 峰值保护可控单向阀；905. 备用罐压力测量装置；906. 温度测量装置；907. 充气单向阀；908. 高压输入单向阀；909. 低压输入单向阀；9010. 备用罐输出可控单向阀。图1中的粗线条表示高压管路，细线条表示低压管路，同时，附图1中的三角形表示管路中液体的流向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。如图1，所述的一种风力液压发电系统，包括风动叶片1、风动叶片1旋转驱动的液压泵2、连接液压泵2输出端的高压罐3、输入端均与高压罐3输出端连通的多个并行的用于发电的液压马达4、与液压马达4输出端同时连接的低压罐5；其中，所述的低压罐5与液压泵2的输入端连通设置，其中，所述的高压罐3内初始状态设置有最低工作气压，该最低工作气压的压力推动液压马达4输入端管路中液体所产生的动能等同于一个液压马达4能够工作的最低限值，其技术方案在于：所述的高压罐3内还设置有高压罐压力测量装置901，该高压罐压力测量装置901电连接至用于根据高压罐3内气体压力与最低工作气压的比较值而动态的分配一个或多个液压马达4工作的控制装置9。需要明确的是：风动叶片1旋转驱动液压泵2是本领域常见的驱动结构，本文未对其结构进行过多的描述。需要明确的是：风动叶片1的意思是利用风能转动的叶片，如传统的风力发电机用叶片。需要明确的是：高压罐3内初始状态设置有最低工作气压是在安装本发明的初始状态根据购买的液压马达4的单台工作所需要的液压量进行计算得到的。该数值也可以根绝实际情况进行调整。或者在更换液压马达4是进行人为的后期调整。需要明确的是：高压罐3中的气压具有范围性，其最低值为最低工作气压，其最高值可根据实际高压罐3的额定气压值进行设定。需要明确的是：空气作为混合气体，在标准大气压101.3KP下，空气于（81.7K ） 露点，开始冷凝，温度降低到78.9K （ 泡点 ） 时全部转变为饱和液体。所以，在高压罐3中的空气被压缩，但无法成为液体。需要明确的是：所述的控制装置9采集高压罐压力测量装置901中的压力数据并根据压力数据与设定的最低工作气压进行比较得到比较值，再根据比较值设定可以工作的液压马达4，也是计算机领域常见的控制手段，为本领域人员可以知悉的。进一步的，所述的一种液压风力发电系统，还包括储气罐6；该储气罐6的进气端连接气泵7的输出端；该储气罐6的输出端与高压罐3连通设置用于在工作初始状态为高压罐3提供最低工作气压的气体；其中，所述的气泵7与储气罐6连接的管路上设置有充气单向阀907；该储气罐6与高压罐3之间设置有加压可控单向阀902；该气泵7和加压可控单向阀902均连接至控制装置9。需要明确的是：该储气罐6可在实际生产中选择性的使用，如果本发明所述的各个部件密封性良好，则在初始状态利用储气罐6为高压罐3提供最低工作气压。或者也可以在设备使用初期，利用液压泵2泵出液体至高压罐3中进行压缩空气，直到高压罐3中的压力达到最低工作气压。在此种情况下，可以不使用储气罐7以及该储气罐7所涉及到的为高压罐3提供最低工作气压的装置。进一步的，所述的液压泵2的输出端与高压罐3连通的管路上设置有高压输入单向阀908；所述的高压罐3向液压马达4输出液体的输出端上均设置有工作选择可控单向阀903；所述的液压泵2的输入端与低压罐5的之间的管路上设置有低压输入单向阀909；所述的工作选择可控单向阀903均与控制装置9电连接。需要明确的是：所述的控制装置9控制工作选择可控单向阀903的关断/打开，是计算机领域常见的技术手段。需要明确的是：所述的单向阀是指流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流的阀门。工作选择可控单向阀903为现有技术中常见的阀门元件。需要明确的是：所述的低压罐5足够大，其内的液体足够压缩高压罐3和备用储能罐8中的空气。进一步的，一种液压风力发电系统，还包括用于在外界风力过大导致高压罐3内的空气压力过高时对风能余量进行存储的备用储能罐8；其中，该备用储能罐8的输出端与高压罐3的输出端连通设置且该备用储能罐8的输入端与高压罐3的输入端连通设置；其中，备用储能罐8的输入端设置有在高压罐3内部气体的压力达到最高限定值时进行打开的峰值保护可控单向阀904；该峰值保护可控单向阀904电连接至控制装置9；该备用储能罐8的输出端设置有在高压罐3中的气压稳定的情况下关断的备用罐输出可控单向阀9010；

其中，所述的备用储能罐8的内部设置有用于测量备用储能罐8内空气压力的备用罐压力测量装置905；其中，所述的峰值保护可控单向阀904和备用罐压力测量装置905均电连接至控制装置9；所述的备用储能罐8内初始状态设置有最低工作气压。需要明确的是：所述的备用储能罐8与高压罐3具有相同的气压要求，在高压罐3内部气体的压力达到最高限定值时，控制装置9通过打开峰值保护可控单向阀904和备用罐输出可控单向阀9010来降低高压罐3内的气压，保证风能的全部利用，同时，也保护了液压马达4的安全，防止液压马达4损坏。需要明确的是：控制装置9控制峰值保护可控单向阀904和备用罐输出可控单向阀9010的打开和关闭是现有技术，本文不再赘述。需要明确的是：在外界风力的峰值过去后，高压罐3中的高压罐压力测量装置901检测到的压力值趋于平稳，此时判断外界风力恒定。采用关断峰值保护可控单向阀904和备用罐输出可控单向阀9010的方式，将过剩的能量存储。待外界风力过小时，本发明所述系统无法工作时，打开备用罐输出可控单向阀9010为系统提供能量，进行补偿式发电。补偿式发电的过程与高压罐3单独提供压力的过程一致。需要明确的是：上述的补偿式发电的过程：如果外界的风力过小，高压罐3内的气体压力与最低工作气压进行比较后，得到的比较值再与液压马达4的参数进行比后，不足以驱动一台液压马达4工作，则关闭液压马达4输入端的阀门，直到下一个检测的时间段T；或者通过采集备用罐压力测量装置905的数据，进行补偿式发电；如果高压罐3内的气体压力与最低工作气压进行比较后，得到的比较值再与液压马达4的参数进行比后，能够驱动若干台液压马达4工作，则由控制装置9随机分配适量的液压马达4工作。需要明确的是：所述的备用储能罐8不限定具体数量，可根据实际情况进行调整。为保证安全，备用储能罐8内部设置有备用罐压力测量装置905，向控制装置9发送压力数据，反反馈蓄能和发电情况。进一步的，一种液压风力发电系统，还包括设置在高压罐3内的用于测量高压罐3内部液体温度的温度测量装置906；该温度测量装置906电连接至控制装置9。需要明确的是：由于高压罐3内的压力较大，其内的液体和空气可能出现过热的情况，如果发生过热的情况，则需要控制装置9通过打开峰值保护可控单向阀904和备用罐输出可控单向阀9010来降低高压罐3内的气压，保证本发明的安全。需要明确的是：控制装置9采集温度数据是计算机领域常见技术方案。进一步的，所述的控制装置9还包括控制芯片、显示器和控制芯片对采集到的温度数据超过限定值时进行声光报警的报警单元；其中，所述的控制芯片用于接收高压罐压力测量装置901中的压力数值，并将该压力数值与设定值进行比对得到压力差值，再根据该压力差值动态的分配一个或多个液压马达4工作，并将工作与非工作的液压马达4的状态均显示在显示器上。需要明确的是：将采集的数据通过控制芯片处理，并计算采集的数据与设定数据的差异输出相应的指令，如显示器中的显示、阀门的关断/闭合等操作均为现有技术中常见的技术手段。需要明确的是：所述的高压罐压力测量装置901可以为压力传感器。需要明确的是：所述的备用罐压力测量装置905可以为压力传感器。需要明确的是：所述的温度测量装置906可以是温度传感器。需要明确的是：所述的声光报警的报警单元可以是蜂鸣器和发光二极管。需要明确的是：所述的控制芯片可以为单片机。需要明确的是：本文中所述的加压可控单向阀902、工作选择可控单向阀903、峰值保护可控单向阀904、充气单向阀907、高压输入单向阀908、低压输入单向阀909以及备用罐输出可控单向阀9010均为现有技术中可实际购买的元件，在使用过程中，根据具体情况选型。一种液压风力发电系统的应用方法，其技术方案在于： 所述的风动叶片1旋转驱动的液压泵2工作时，将低压罐5中的液体泵出进入高压罐3，高压罐3中的气体被压缩，控制装置9每隔时间T读取高压罐压力测量装置901采集的高压罐3内的气体压力并与最低工作气压进行比较，根据得到的比较值与液压马达4的参数进行比对，通过控制工作选择可控单向阀903分配最低一个液压马达4工作或者最多全部液压马达4工作。本发明将不平稳的风力场通过压缩高压罐3中的气体的方法进行储能，利用现有的接受风力的风动叶片1配合设置不同型号或相同型号的功率可选的液压马达4（可选取多个小功率的液压马达）构成风力发电集群，避免了购买大功率设备的高昂价格。同时，如果多个液压马达4中的某一个发生故障，控制装置9可以通过可控单向阀903分配其他液压马达4工作，达到长时间的稳定运行的目的。同样的，高压罐3中的气体被压缩以后，形成了新的蓄能机构，将外界不稳定的风力场变成了稳定的压缩气体能，使本发明在并入电网时更加平稳，避免了电压冲击，保护电网的运行。本发明高压罐3的存在还可以很好的对风能进行低谷存储以及配合备用储能罐8实现风力的峰值错峰，大大提升风能的利用率，也使本发明适用于各种风力场，扩大了应用范围、提高了可靠性。

以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。