一种风力发电机液压传动系统及控制方法

1.本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种风力发电机液压传动系统及控制方法。


背景技术：

2.化石燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳及有害物质，加剧了全球变暖和环境污染。风能作为一种重要的可再生能源，储量丰富、无污染，越来越受到人们的重视。
3.齿轮传动因其技术成熟、效率高等特点被广泛的应用于风力发电机中。但是，齿轮的传动比恒定，因此需要增加昂贵的变频器来调节发电机的输出。同时，风速变化时会产生较大的冲击载荷，常常导致齿轮组损坏，增加了风力发电机整体的维修成本。因此，液压传动被认为是一种较好的替代方案。
4.风力发电机发电的功率大小与风速有关，当风速小于切入风速和大于切出风速时，风力发电机不工作。当风速介于切入风速和额定风速之间，功率随着风速的增大而增大。当风速大于额定风速小于切出风速时，风力发电机的输出功率恒定。风速介于切入风速和额定风速之间时，为了保证功率输出最大化，需对风力发电机的叶片轴的转速进行控制，液压传动风力发电机通常是对系统压力进行控制从而实现叶片轴转速控制。
5.然而风速是不断变化的，由于风力发电机的叶片轴转动惯量大，有可能风速已经变化了但风力发电机的叶片轴转速来不及变化，导致风力发电机的功率不佳，达不到预期的控制效果。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种风力发电机液压传动系统及控制方法。
7.第一方面，本技术提供了一种风力发电机的液压传动系统，包括：
8.叶片1、叶片轴2、定量泵组3、变量马达组4、第一发电机5、压力调节支路6、控制器10,其中，所述定量泵组3连接于所述叶片轴2，用于将叶片轴2的动能转化为液压能；所述定量泵组3的输出端通过高压管道7连接所述变量马达组4的输入端；所述定量泵组3的输入端通过低压管道8连接于所述变量马达组4的输出端；所述变量马达组4的输出轴连接所述第一发电机5；所述定量泵组3用于将液压能转化为机械能；所述压力调节支路6连接于所述高压管道7和所述低压管道8之间；所述高压管道7设有压力传感器11，所述压力传感器11用于检测所述高压管道7的实时压力；所述控制器10电连接所述压力调节支路6、所述压力传感器11，并且所述控制器10用于：获取风速信息和高压管道7的实时压力；基于所述风速信息确定出高压管道7的目标压力；基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道7的实时压力和确定出的所述高压管道7的目标压力，确定出所述压力调节支路6的工作状态，通过向所述高压管道7充放能，使所述高压管道7快速达到所述目标压力。
9.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述压力调节支路6包括：
10.开关阀61，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路6接通或关闭；
11.第一定量泵马达62a，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，对所述高压管道7进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；
12.第二发电机63，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，将第一定量泵马达62a机械能转化为电能或将电能转化为第一定量泵马达62a机械能；
13.其中，所述开关阀61的输入端611连接所述高压管道7，所述开关阀61的输出端612连接所述第一定量泵马达62a的一端，所述第一定量泵马达62a的另一端与低压管道8连接，所述第一定量泵马达62a的输出轴连接于所述第二发电机63。
14.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述压力调节支路6包括：
15.开关阀61，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路6接通或关闭；
16.第一变量泵马达62b，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，对所述高压管道7进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；
17.第二发电机63，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达62b机械能转化为电能或将电能转化为第一变量泵马达62b机械能；
18.其中，所述开关阀61的输入端611连接所述高压管道7，所述开关阀61的输出端612连接所述第一变量泵马达62b的一端，所述第一变量泵马达62b的另一端与低压管道8相连，所述第一变量泵马达62b的输出轴连接于所述第二发电机63。
19.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述压力调节支路6包括：
20.开关阀61，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路6接通或关闭；
21.第一变量泵马达62b，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，对所述高压管道7进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；
22.第二定量泵马达64a，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达62b的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一变量泵马达62b的机械能；
23.蓄能器65，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；
24.第一油箱66，用于存储油液；
25.其中，所述开关阀61的输入端611连接所述高压管道7，所述开关阀61的输出端612连接所述第一变量泵马达62b的一端，所述第一变量泵马达62b的另一端与低压管道8连接，所述第一变量泵马达62b的输出轴连接于所述第二定量泵马达64a的输入轴，所述第二定量泵马达64a的一端连接所述蓄能器65，所述第二定量泵马达64a的另一端连接所述第一油箱66。
26.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述压力调节支路6包括：
27.开关阀61，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路6接通或关闭；
28.第一定量泵马达62a，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，对所述高压管道7进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；
29.第二变量泵马达64b，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，将第一定
量泵马达62a的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一定量泵马达62a的机械能；
30.蓄能器65，用于根据所述高压管道7的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；
31.第一油箱66，用于存储油液；
32.其中，所述开关阀61的输入端611连接所述高压管道7，所述开关阀61的输出端612连接所述第一定量泵马达62a的一端，所述第一定量泵马达62a的另一端通过所述低压管道8连接于所述定量泵组3的输入端，所述第一定量泵马达62a的输出轴连接于所述第二变量泵马达64b的输入轴，所述第二变量泵马达64b的一端连接所述蓄能器65，所述第二变量泵马达64b的另一端连接所述第一油箱66。
33.在上述第一方面的一种可能的实现中，风力发电机的液压传动系统还包括补油回路9，所述补油回路9包括定量泵91、单向阀92、溢流阀93、第二油箱94；
34.其中，所述定量泵91与所述定量泵组3并联，所述第二油箱94连接于所述定量泵91的输入端，所述单向阀92的一端连接于所述定量泵91的输出端，所述单向阀92的另一端连接于所述低压管道8，所述溢流阀93的一端连接于所述第二油箱94，所述溢流阀93的另一端连接于所述低压管道8。
35.第二方面，本技术提供一种风力发电机的液压传动系统控制方法，用于上述第一方面以及第一方面的任意一种可能的实现中的一种风力发电机的液压传动系统的控制器10，该控制方法包括：
36.获取风速信息和高压管道7的实时压力；
37.基于所述风速信息确定出高压管道7的目标压力；
38.基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道7的实时压力和确定出的所述高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，通过向所述高压管道7充放能，使所述高压管道7快速达到所述目标压力。
39.在上述第二方面的一种可能的实现中，所述基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道7的实时压力和确定出的所述高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，包括：
40.在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀61接通，第二发电机63带动第一定量泵马达62a转动，经开关阀61向所述高压管道7输油，使所述高压管道7的压力快速上升至所述目标压力；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀61接通，所述高压管道7中的部分油液经开关阀61流入压力调节支路6，使所述高压管道7的压力快速下降至所述目标压力，第一定量泵马达62a转动带动第二发电机63发电；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀61关闭，使得所述压力调节支路6与所述高压管道7断开，同时控制第一定量泵马达62a停止运行；或者
41.在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀61接通，第二发电机63带动第一变量泵马达62b转动，经开关阀61向所述高压管道7输油，使所述高压管道7的压力快速上升至所述目标压力；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀61接通，所述高压管道7中的部分油液经开关阀61流入压力调节支路6，使所述高压管道7的压力快速下降至所述目标压力，第一变量泵马达62b转动带动第二发电机63发电；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀61关闭，使得所述压力调节支路6与所述高压管道7断开，同时控制第一变量泵马达62b停止运行。
42.在上述第二方面的一种可能的实现中，所述基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道7的实时压力和确定出的所述高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，包括：
43.在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第一排量信号对所述第一变量泵马达62b的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达62b为泵，控制所述第二定量泵马达64a为马达，油液从所述蓄能器65输出油液带动第二定量泵马达64a旋转流入第一油箱66。第二定量泵马达64a带动第一变量泵马达62b转动，所述低压管道8中的油液经第一变量泵马达62b和所述开关阀61流入所述高压管道7，使所述高压管道7压力快速上升；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第二排量信号对所述第一变量泵马达62b的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达62b为马达，控制所述第二定量泵马达64a为泵，高压管道7中的油液经所述开关阀61和所述第一变量泵马达62b流入低压管道8，使高压管道7压力快速下降，第一变量泵马达62b带动第二定量泵马达64a转动，油液从第一油箱66经第二定量泵马达64a泵入蓄能器65中；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀61切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一变量泵马达62b和第二定量泵马达64a停止运行；或者
44.在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第三排量信号对所述第二变量泵马达64b的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达62a为泵，第二变量泵马达64b为马达，油液从所述蓄能器65输出油液带动第二变量泵马达64b旋转流入第一油箱66；第二变量泵马达64b带动第一定量泵马达62a转动，所述低压管道8中的油液经第一定量泵马达62a和所述开关阀61流入所述高压管道7，使所述高压管道7压力快速上升；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第四排量信号对所述第二变量泵马达64b的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达62a为马达，控制所述第二变量泵马达64b为泵，高压管道7中的油液经所述开关阀61和所述第一定量泵马达62a流入低压管道8，使高压管道7压力快速下降，第一定量泵马达62a带动第二变量泵马达64b转动，油液从第一油箱66经第第二变量泵马达64b泵入蓄能器65；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀61切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一定量泵马达62a和第二变量泵马达64b停止运行。
45.在上述第二方面的一种可能的实现中，所述基于所述风速信息确定出高压管道7的目标压力，包括：
46.基于所述风速信息确定出叶片轴2的最佳叶片轴转速；
47.基于实时获取的所述叶片轴转速信息以及所述最佳叶片轴转速，确定出叶片轴控制转矩；
48.基于所述叶片轴控制转矩和所述高压管道7的目标压力之间的设定关系，确定出所述高压管道7的目标压力。
49.本技术提供的风力发电机液压传动系统中的定量泵组3和变量马达组4通过高压管道7和低压管道8连接组成闭式回路，该闭式回路中设置有压力调节支路6，所述高压管道7设有压力传感器11以检测高压管道7的实时压力，控制器10基于风速信息确定出高压管道
7的目标压力，然后基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道7的实时压力和确定出的所述高压管道7的目标压力，确定出所述压力调节支路6的工作状态，通过控制压力调节支路6对高压管道7进行充放能，以使高压管道7压力快速到达目标压力，从而可以提高叶1片的转化效率，提升风力发电机的发电效率，增大产电量。
50.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以的说明书而变得容易理解。
附图说明
51.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
52.图1为本技术实施例提供的一种风力发电机液压传动系统的结构示意图；
53.图2为本技术实施例提供的另一种风力发电机液压传动系统的结构示意图；
54.图3为本技术实施例提供的另一种风力发电机液压传动系统的结构示意图；
55.图4为本技术实施例提供的另一种风力发电机液压传动系统的结构示意图；
56.图5为本技术实施例提供的一种风力发电机液压传动系统控制方法的流程示意图；
57.图6为本技术实施例体用的一种根据风速信息确定出高压管道的目标压力的流程示意图。
58.图中：1、叶片，2、叶片轴，3、定量泵组，4、变量马达组，5、第一发电机，6、压力调节支路，61、开关阀，611、开关阀的输入端，612、开关阀的输出端，62a、第一定量泵马达，62b、第一变量泵马达，63、第二发电机，64a、第二定量泵马达，64b、第二变量泵马达，65、蓄能器，66、第一油箱，7、高压管道，8、低压管道，9、补油回路，91、定量泵，92、单向阀，93、溢流阀，94、第二油箱，10、控制器，11、压力传感器。
具体实施方式
59.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
60.为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
61.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的第一对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
62.首先，请参阅图1，图1为本技术实施例提供的一种风力发电机液压传动系统的结构示意图。图1所示的风力发电机液压传动系统包括：叶片1、叶片轴2、定量泵组3、变量马达组4、第一发电机5、压力调节支路6、控制器10。
63.其中，定量泵组3连接于叶片轴2，用于将叶片轴2的动能转化为液压能。定量泵组3的输出端通过高压管道7连接变量马达组4的输入端；定量泵组3的输入端通过低压管道8连
接于变量马达组4的输出端；变量马达组4的输出轴连接第一发电机5；定量泵组3用于将液压能转化为机械能；压力调节支路6连接于高压管道7和低压管道8之间；高压管道7设有压力传感器11，压力传感器11用于检测高压管道7的实时压力；控制器10电连接压力调节支路6、压力传感器11。
64.变量马达组4由一个或多个液压马达构成，其个数可以根据风力发电机大小确定。当变量马达组4包括多个液压马达时，可将变量马达组4配置成采用多个定量液压马达和一个变量液压马达构成，也可将变量马达组4配置成采用多个变量液压马达形式，但是至少要保证变量马达组4至少包含一个变量液压马达。
65.控制器10用于：获取风速信息和高压管道7的实时压力；基于风速信息确定出高压管道7的目标压力；基于风速变化趋势，实时获取的高压管道7的实时压力和确定出的高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，通过向高压管道7充放能，使高压管道7快速达到目标压力。
66.继续参阅图1，其中的压力调节支路6包括：开关阀61，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，使压力调节支路6接通或关闭。第一定量泵马达62a，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，对高压管道7进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能。第二发电机63，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，将第一定量泵马达62a机械能转化为电能或将电能转化为第一定量泵马达62a机械能。其中，开关阀61的输入端611连接高压管道7，开关阀61的输出端612连接第一定量泵马达62a的一端，第一定量泵马达62a的另一端与低压管道8连接，第一定量泵马达62a的输出轴连接于第二发电机63。
67.针对图1所示的实施例，其中控制器10需对第一定量泵马达62a转速进行控制，来控制压力调节支路6的流量，控制器10的大致工作原理为：当风速变大时，目标压力大于实际压力，控制器10控制开关阀61切换至左位，压力调节支路6开启，储能元件(图1中为第二电机63)带动第一定量泵马达62a转动，将油液从低压管道8泵入高压管道7，使高压管道7压力快速上升至目标压力。风速变小时，目标压力小于实际压力，控制器10控制开关阀61切换至左位，压力调节支路6开启，高压管道7部分油液经压力调节支路6流向低压管道8，第一定量泵马达62a驱动储能元件将能量储存在第二电机63中，高压管道7压力快速下降至目标压力。风速不变时，控制器10控制开关阀61切换至右位，压力调节支路6处于关闭状态，第一定量泵马达62a停止运行。
68.此外，为了维持低压管道8的压力，图1所示的实施例中还设置有补油回路9，补油回路9包括定量泵91、单向阀92、溢流阀93、第二油箱94。其中，定量泵91与定量泵组3并联，第二油箱94连接于定量泵91的输入端，单向阀92的一端连接于定量泵91的输出端，单向阀92的另一端连接于低压管道8，溢流阀93的一端连接于第二油箱94，溢流阀93的另一端连接于低压管道8。定量泵91从第二油箱94中吸油可以对低压管道8进行补油。单向阀92可以确保油液一个方向流动，防止倒吸。
69.应当理解，由于风力发电机发电的功率大小与风速有关，当风速小于切入风速和大于切出风速时，风力发电机不工作。当风速介于切入风速和额定风速之间，功率随着风速的增大而增大。当风速大于额定风速小于切出风速时，风力发电机的输出功率恒定。因此，在风速介于切入风速和额定风速之间时，图1所示的风力发电机液压传动系统中高压管道7
的压力，可以由控制器10基于风速确定出的目标压力，再基于风速变化趋势，高压管道7的实时压力、目标压力，来控制压力调节支路6的工作状态，通过向高压管道7充放能，实现高压管道7的快速调压，提高叶片的转化效率，提升风力发电机的发电效率，增大产电量。
70.下面将对图2至图4所示的另外3种风力发电机液压传动系统进行详细介绍。图2至图4所示的风力发电机液压传动系统和图1所示的风力发电机液压传动系统类似，相比较于图1，图2至图4所示的风力发电机液压传动系统只是压力调节支路6的具体结构以及相应的压力调节的原理存在区别。为了避免重复赘述，下面在针对图2至图4所示的风力发电机液压传动系统的介绍中，和图1相同的部分不再详细介绍，仅对图2至图4所示的风力发电机液压传动系统的压力调节支路6的具体结构以及相应的压力调节的原理进行详细介绍。
71.首先介绍图2所示的风力发电机液压传动系统的压力调节支路6的具体结构以及相应的压力调节的原理。
72.如图2所示的压力调节支路6包括：开关阀61，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，使压力调节支路6接通或关闭；第一变量泵马达62b，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，对高压管道7进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二发电机63，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达62b机械能转化为电能或将电能转化为第一变量泵马达62b机械能；其中，开关阀61的输入端611连接高压管道7，开关阀61的输出端612连接第一变量泵马达62b的一端，第一变量泵马达62b的另一端与低压管道8相连，第一变量泵马达62b的输出轴连接于第二发电机63。
73.相应的，图2所示的控制器10需要对第一变量泵马达62b排量进行控制，来控制压力调节支路6的流量，图2所示的实施例的压力调节的原理为：
74.在风速变大时，目标压力高于实时压力，控制开关阀61接通，第二发电机63带动第一变量泵马达62b转动，经开关阀61向高压管道7输油，使高压管道7的压力快速上升至目标压力；在风速变小时，目标压力低于实时压力，控制开关阀61接通，高压管道7中的部分油液经开关阀61流入压力调节支路6，使高压管道7的压力快速下降至目标压力，第一变量泵马达62b转动带动第二发电机63发电；在风速不变时，目标压力等于实时压力，控制开关阀61关闭，使得压力调节支路6与高压管道7断开，同时控制第一变量泵马达62b停止运行。
75.下面介绍图3所示的风力发电机液压传动系统的压力调节支路6的具体结构以及相应的压力调节的原理。
76.如图3所示的压力调节支路6包括：开关阀61，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，使压力调节支路6接通或关闭；第一变量泵马达62b，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，对高压管道7进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二定量泵马达64a，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达62b的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一变量泵马达62b的机械能；蓄能器65，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；第一油箱66，用于存储油液；
77.其中，开关阀61的输入端611连接高压管道7，开关阀61的输出端612连接第一变量泵马达62b的一端，第一变量泵马达62b的另一端与低压管道8连接，第一变量泵马达62b的输出轴连接于第二定量泵马达64a的输入轴，第二定量泵马达64a的一端连接蓄能器65，第二定量泵马达64a的另一端连接第一油箱66。
78.相应的，图3所示的实施例的压力调节的原理为：
79.在风速变大时，目标压力高于实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据目标压力和实时压力生成第一排量信号对第一变量泵马达62b的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达62b为泵，第二定量泵马达64a为马达，油液从蓄能器65输出油液带动第二定量泵马达64a旋转流入第一油箱66。第二定量泵马达64a带动第一变量泵马达62b转动，低压管道8中的油液经第一变量泵马达62b和开关阀61流入高压管道7，使高压管道7压力快速上升；在风速变小时，目标压力低于实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据目标压力和实时压力生成第二排量信号对第一变量泵马达62b的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达62b为马达，控制第二定量泵马达64a为泵，高压管道7中的油液经开关阀61和第一变量泵马达62b流入低压管道8，使高压管道7压力快速下降，第一变量泵马达62b带动第二定量泵马达64a转动，油液从第一油箱66经第二定量泵马达64a泵入蓄能器65中；在风速不变时，目标压力等于实时压力，控制开关阀61切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一变量泵马达62b和第二定量泵马达64a停止运行。
80.下面介绍图4所示的风力发电机液压传动系统的压力调节支路6的具体结构以及相应的压力调节的原理。
81.如图4所示的压力调节支路6包括：开关阀61，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，使压力调节支路6接通或关闭；第一定量泵马达62a，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，对高压管道7进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二变量泵马达64b，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，将第一定量泵马达62a的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一定量泵马达62a的机械能；蓄能器65，用于根据高压管道7的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；第一油箱66，用于存储油液；
82.其中，开关阀61的输入端611连接高压管道7，开关阀61的输出端612连接第一定量泵马达62a的一端，第一定量泵马达62a的另一端通过低压管道8连接于定量泵组3的输入端，第一定量泵马达62a的输出轴连接于第二变量泵马达64b的输入轴，第二变量泵马达64b的一端连接蓄能器65，第二变量泵马达64b的另一端连接第一油箱66。
83.相应的，图4所示的实施例的压力调节的原理为：
84.在风速变大时，目标压力高于实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据目标压力和实时压力生成第三排量信号对第二变量泵马达64b的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达62a为泵，第二变量泵马达64b为马达，油液从蓄能器65输出油液带动第二变量泵马达64b旋转流入第一油箱66；第二变量泵马达64b带动第一定量泵马达62a转动，低压管道8中的油液经第一定量泵马达62a和开关阀61流入高压管道7，使高压管道7压力快速上升；在风速变小时，目标压力低于实时压力，控制开关阀61切到左位接通，根据目标压力和实时压力生成第四排量信号对第二变量泵马达64b的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达62a为马达，控制第二变量泵马达64b为泵，高压管道7中的油液经开关阀61和第一定量泵马达62a流入低压管道8，使高压管道7压力快速下降，第一定量泵马达62a带动第二变量泵马达64b转动，油液从第一油箱66经第二变量泵马达64b泵入蓄能器65；在风速不变时，目标压力等于实时压力，控制开关阀61切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一定量泵马达62a和第二变量泵马达64b停止运行。
85.在另一些实施例中，还可以把图3和图4所示的实施例中压力调节支路6中设置两个变量马达泵，也即至少要保证压力调节支路6中有一个变量元件，从而通过改变排量才能实现蓄能器65在任意高压管道压力下都能实现充放能。
86.下面将结合图5，对本技术提供的一种风力发电机的液压传动系统控制方法进行详细介绍。该控制方法可以由上述图1至图4所示的风力发电机的液压传动系统中的控制器10执行，如图5所示，本技术提供的一种风力发电机的液压传动系统控制方法包括：
87.s1：获取风速信息和高压管道7的实时压力。
88.在一些实施例中，风力发电机的液压传动系统可以设置有速度传感器，通过该速度传感器来实时获取风速信息。
89.高压管道7的实时压力可以通过设置在高压管道7上的压力传感器11来获取。
90.s2：基于风速信息确定出高压管道7的目标压力。
91.在一些实施例中，可以基于图6所示的方法，基于风速信息确定出高压管道7的目标压力，参阅图6所示的流程图，包括：
92.s21：基于风速信息确定出叶片轴2的最佳叶片轴转速；
93.s22：基于实时获取的叶片轴转速信息以及最佳叶片轴转速，确定出叶片轴控制转矩；
94.s23：基于叶片轴控制转矩和高压管道7的目标压力之间的设定关系，确定出高压管道7的目标压力。
95.具体地，由于当风速介于切入风速和额定风速间，为了获得最大叶片转化效率，需保证风力发电机叶片一直维持在最佳叶尖速比上。最佳叶片轴转速与最佳叶尖速比的关系如下：
[0096][0097]
其中λ0为最佳叶尖速比，ωo为最佳叶片轴转速，r为叶片半径，v为风速。由公式1可知，为了获得最大叶片转化效率，叶片轴转速需随着风速变化而变化。因此，最佳叶片轴转速ωo可通过公式1简单计算得到。
[0098]
另外，需要对叶片轴转速通过控制转矩进行控制，控制转矩如下：
[0099][0100]
其中tc为控制转矩，ρ为空气密度，a为叶片轴旋转面积，c
pmax
为叶片最大转化效率，ω为叶片轴转速。
[0101]
由于风速变化时，叶片轴转速会随着风速变化而变化，直到ω＝ωo时，叶片轴达到稳定状态，因此可通过公式2计算出稳定状态下的
[0102]
并且由于控制转矩与高压管道控制压力关系如下：
[0103][0104]
其中，p1为高压管道7的控制压力，p2为低压管道8的压力，其通过溢流阀93控制，为一定值。η
pm
为定量泵组3的机械效率，d
p
为定量泵组3的总排量。
[0105]
高压管道7的控制压力通过压力闭环控制控制高压管道7压力变化，当叶片轴转速达到最佳叶片轴转速或者说高压管道压力(即上述实时压力)到达最佳高压管道压力(也即上述目标压力)时，达到稳态。此时，高压管道压力与高压管道控制压力相等，因此，上述目标压力也即最佳高压管道压力标压力也即最佳高压管道压力
[0106]
s3：基于风速变化趋势，实时获取的高压管道7的实时压力和确定出的高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，通过向高压管道7充放能，使高压管道7快速达到目标压力。
[0107]
具体内容可参阅上述关于图1至图4的各实施例中的压力调节原理的相关文字描述，在此不再赘述。
[0108]
本技术提供的风力发电机液压传动系统基于风速信息确定出高压管道7的目标压力，然后基于风速变化趋势，实时获取的高压管道7的实时压力和确定出的高压管道7的目标压力，确定出压力调节支路6的工作状态，通过控制压力调节支路6对高压管道7进行充放能，以使高压管道7压力快速到达目标压力。其中，由于目标压力基于叶片轴控制转矩和高压管道7的目标压力之间的设定关系确定的，而叶片轴控制转矩是基于和实时风速所对应的最佳叶片轴转速确定出来的，因此，通过本技术技术方案可以使高压管道7的压力快速达到目标压力，在该目标压力下所对应的叶片轴转速为最佳叶片轴转速，从而可以提高叶片的转化效率，提升风力发电机的发电效率，增大产电量。
[0109]
以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，包括：叶片(1)、叶片轴(2)、定量泵组(3)、变量马达组(4)、第一发电机(5)、压力调节支路(6)、控制器(10),其中，所述定量泵组(3)连接于所述叶片轴(2)，用于将叶片轴(2)的动能转化为液压能；所述定量泵组(3)的输出端通过高压管道(7)连接所述变量马达组(4)的输入端；所述定量泵组(3)的输入端通过低压管道(8)连接于所述变量马达组(4)的输出端；所述变量马达组(4)的输出轴连接所述第一发电机(5)；所述定量泵组(3)用于将液压能转化为机械能；所述压力调节支路(6)连接于所述高压管道(7)和所述低压管道(8)之间；所述高压管道(7)设有压力传感器(11)，所述压力传感器(11)用于检测所述高压管道(7)的实时压力；所述控制器(10)电连接所述压力调节支路(6)、所述压力传感器(11)，并且所述控制器(10)用于：获取风速信息和高压管道(7)的实时压力；基于所述风速信息确定出高压管道(7)的目标压力；基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道(7)的实时压力和确定出的所述高压管道(7)的目标压力，确定出所述压力调节支路(6)的工作状态，通过向所述高压管道(7)充放能，使所述高压管道(7)快速达到所述目标压力。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，所述压力调节支路(6)包括：开关阀(61)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路(6)接通或关闭；第一定量泵马达(62a)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，对所述高压管道(7)进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二发电机(63)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，将第一定量泵马达(62a)机械能转化为电能或将电能转化为第一定量泵马达(62a)机械能；其中，所述开关阀(61)的输入端(611)连接所述高压管道(7)，所述开关阀(61)的输出端(612)连接所述第一定量泵马达(62a)的一端，所述第一定量泵马达(62a)的另一端与低压管道(8)连接，所述第一定量泵马达(62a)的输出轴连接于所述第二发电机(63)。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，所述压力调节支路(6)包括：开关阀(61)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路(6)接通或关闭；第一变量泵马达(62b)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，对所述高压管道(7)进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二发电机(63)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达(62b)机械能转化为电能或将电能转化为第一变量泵马达(62b)机械能；其中，所述开关阀(61)的输入端(611)连接所述高压管道(7)，所述开关阀(61)的输出端(612)连接所述第一变量泵马达(62b)的一端，所述第一变量泵马达(62b)的另一端与低压管道(8)相连，所述第一变量泵马达(62b)的输出轴连接于所述第二发电机(63)。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，所述压力调节支路(6)包括：开关阀(61)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路(6)接通或关闭；第一变量泵马达(62b)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，对所述高压管道(7)进行加压或降压，同时将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二定量泵马达(64a)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，将第一变量泵马达(62b)的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一变量泵马达(62b)的机械能；蓄能器(65)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；第一油箱(66)，用于存储油液；其中，所述开关阀(61)的输入端(611)连接所述高压管道(7)，所述开关阀(61)的输出端(612)连接所述第一变量泵马达(62b)的一端，所述第一变量泵马达(62b)的另一端与低压管道(8)连接，所述第一变量泵马达(62b)的输出轴连接于所述第二定量泵马达(64a)的输入轴，所述第二定量泵马达(64a)的一端连接所述蓄能器(65)，所述第二定量泵马达(64a)的另一端连接所述第一油箱(66)。5.根据权利要求1所述的一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，所述压力调节支路(6)包括：开关阀(61)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，使所述压力调节支路(6)接通或关闭；第一定量泵马达(62a)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，对所述高压管道(7)进行加压或降压，并且将液压能转化为机械能或机械能转化为液压能；第二变量泵马达(64b)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，将第一定量泵马达(62a)的机械能转化为液压能或将液压能转化为第一定量泵马达(62a)的机械能；蓄能器(65)，用于根据所述高压管道(7)的实时压力和目标压力，储存或释放液压能；第一油箱(66)，用于存储油液；其中，所述开关阀(61)的输入端(611)连接所述高压管道(7)，所述开关阀(61)的输出端(612)连接所述第一定量泵马达(62a)的一端，所述第一定量泵马达(62a)的另一端通过所述低压管道(8)连接于所述定量泵组(3)的输入端，所述第一定量泵马达(62a)的输出轴连接于所述第二变量泵马达(64b)的输入轴，所述第二变量泵马达(64b)的一端连接所述蓄能器(65)，所述第二变量泵马达(64b)的另一端连接所述第一油箱(66)。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机的液压传动系统，其特征在于，还包括补油回路(9)，所述补油回路(9)包括定量泵(91)、单向阀(92)、溢流阀(93)、第二油箱(94)；其中，所述定量泵(91)与所述定量泵组(3)并联，所述第二油箱(94)连接于所述定量泵(91)的输入端，所述单向阀(92)的一端连接于所述定量泵(91)的输出端，所述单向阀(92)的另一端连接于所述低压管道(8)，所述溢流阀(93)的一端连接于所述第二油箱(94)，所述溢流阀(93)的另一端连接于所述低压管道(8)。7.一种风力发电机的液压传动系统控制方法，用于权利要求1至6中任一项所述的一种风力发电机的液压传动系统的控制器(10)，其特征在于，包括：获取风速信息和高压管道(7)的实时压力；
基于所述风速信息确定出高压管道(7)的目标压力；基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道(7)的实时压力和确定出的所述高压管道(7)的目标压力，确定出压力调节支路(6)的工作状态，通过向所述高压管道(7)充放能，使所述高压管道(7)快速达到所述目标压力。8.根据权利要求7所述的一种风力发电机的液压传动系统控制方法，其特征在于，所述基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道(7)的实时压力和确定出的所述高压管道(7)的目标压力，确定出压力调节支路(6)的工作状态，包括：在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀(61)接通，第二发电机(63)带动第一定量泵马达(62a)转动，经开关阀(61)向所述高压管道(7)输油，使所述高压管道(7)的压力快速上升至所述目标压力；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀(61)接通，所述高压管道(7)中的部分油液经开关阀(61)流入压力调节支路(6)，使所述高压管道(7)的压力快速下降至所述目标压力，第一定量泵马达(62a)转动带动第二发电机(63)发电；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀(61)关闭，使得所述压力调节支路(6)与所述高压管道(7)断开，同时控制第一定量泵马达(62a)停止运行；或者在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀(61)接通，第二发电机(63)带动第一变量泵马达(62b)转动，经开关阀(61)向所述高压管道(7)输油，使所述高压管道(7)的压力快速上升至所述目标压力；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀(61)接通，所述高压管道(7)中的部分油液经开关阀(61)流入压力调节支路(6)，使所述高压管道(7)的压力快速下降至所述目标压力，第一变量泵马达(62b)转动带动第二发电机(63)发电；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀(61)关闭，使得所述压力调节支路(6)与所述高压管道(7)断开，同时控制第一变量泵马达(62b)停止运行。9.根据权利要求7所述的一种风力发电机的液压传动系统控制方法，其特征在于，所述基于风速变化趋势，实时获取的所述高压管道(7)的实时压力和确定出的所述高压管道(7)的目标压力，确定出压力调节支路(6)的工作状态，包括：在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀(61)切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第一排量信号对所述第一变量泵马达(62b)的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达(62b)为泵，第二定量泵马达(64a)为马达，油液从蓄能器(65)输出油液带动第二定量泵马达(64a)旋转流入第一油箱(66)。第二定量泵马达(64a)带动第一变量泵马达(62b)转动，所述低压管道(8)中的油液经第一变量泵马达(62b)和所述开关阀(61)流入所述高压管道(7)，使所述高压管道(7)压力快速上升；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀(61)切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第二排量信号对所述第一变量泵马达(62b)的排量进行控制，并且控制第一变量泵马达(62b)为马达，控制所述第二定量泵马达(64a)为泵，高压管道(7)中的油液经所述开关阀(61)和所述第一变量泵马达(62b)流入低压管道(8)，使高压管道(7)压力快速下降，第一变量泵马达(62b)带动第二定量泵马达(64a)转动，油液从第一油箱(66)经第二定量泵马达(64a)泵入蓄能器(65)中；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀(61)切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一变量泵马达(62b)和第二
定量泵马达(64a)停止运行；或者在风速变大时，所述目标压力高于所述实时压力，控制开关阀(61)切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第三排量信号对所述第二变量泵马达(64b)的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达(62a)为泵，第二变量泵马达(64b)为马达，油液从所述蓄能器(65)输出油液带动第二变量泵马达(64b)旋转流入第一油箱(66)；第二变量泵马达(64b)带动第一定量泵马达(62a)转动，所述低压管道(8)中的油液经第一定量泵马达(62a)和所述开关阀(61)流入所述高压管道(7)，使所述高压管道(7)压力快速上升；在风速变小时，所述目标压力低于所述实时压力，控制开关阀(61)切到左位接通，根据所述目标压力和实时压力生成第四排量信号对所述第二变量泵马达(64b)的排量进行控制，并且控制第一定量泵马达(62a)为马达，控制所述第二变量泵马达(64b)为泵，高压管道(7)中的油液经所述开关阀(61)和所述第一定量泵马达(62a)流入低压管道(8)，使高压管道(7)压力快速下降，第一定量泵马达(62a)带动第二变量泵马达(64b)转动，油液从第一油箱(66)经第二变量泵马达(64b)泵入蓄能器(65)；在风速不变时，所述目标压力等于所述实时压力，控制开关阀(61)切到右位断开，同时根据理想目标压力和实时压力控制第一定量泵马达(62a)和第二变量泵马达(64b)停止运行。10.根据权利要求7所述的一种风力发电机的液压传动系统控制方法，其特征在于，所述基于所述风速信息确定出高压管道(7)的目标压力，包括：基于所述风速信息确定出叶片轴(2)的最佳叶片轴转速；基于实时获取的所述叶片轴转速信息以及所述最佳叶片轴转速，确定出叶片轴控制转矩；基于所述叶片轴控制转矩和所述高压管道(7)的目标压力之间的设定关系，确定出所述高压管道(7)的目标压力。

技术总结
本申请提供一种风力发电机液压传动系统及控制方法，液压传动系统包括：叶片、叶片轴、定量泵组、变量马达组、压力调节支路、控制器。定量泵组将叶片轴的动能转化为液压能。定量泵组的输出端通过高压管道连接变量马达组的输入端，定量泵组的输入端通过低压管道连接变量马达组的输出端，定量泵组用于将液压能转化为机械能。高压管道设有压力传感器以检测高压管道的实时压力。控制器基于风速信息确定目标压力，基于风速变化趋势，高压管道的实时压力和确定出的目标压力确定出压力调节支路的工作状态，通过向高压管道充放能，使高压管道快速达到目标压力。本申请技术方案可以提高叶片的转化效率，提升风力发电机的发电效率，增大产电量。电量。电量。


技术研发人员：王峰 汪佳佳 陈金成 徐兵
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/6