風電液壓系統

風機是有許多轉動部件的。機艙在水平面旋轉，隨時跟風。風輪沿水平軸旋轉，以便產生動力。在變槳矩風機，組成風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉，以便適應不同的風況。在停機時，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。液壓系統就是用于調節葉片槳矩、阻尼、停機、剎車等狀態下使用。

1、驅動系統

風力發電機使用兩個驅動系統，即制動系統(偏轉器和主軸一高速軸回轉系統)和葉片角度控制及機艙偏轉器回轉控制系統。制動系統用液壓控制，而葉片和偏轉器的控制則用液壓或電氣驅動方式。采用那一種傳動的爭論在風力發電機的設計中也不例外。至于采用液壓還是電氣來控制葉片角度的輸出功率、速度或頻響，一般取決于制造廠家的經驗而定。

2、變槳控制系統

葉片角度（變槳）控制系統設計時主要應考慮當風力發電機遇到像臺風等強風力時，機組能立即停止運行，以使電源中斷，而此時的葉片需要控制在和風向相平行的位置上，確保葉片不再轉動，電源中斷后，機組的能量貯存系統開始工作，如液壓蓄能器或蓄電池。用液壓控制時，用液壓直線驅動器(液壓缸)，用電氣控制時，采用電氣回轉式驅動器。裝在主軸內的液壓直線驅動器，及停止時應用的蓄能器也裝在軸內。

國外液壓直線驅動器是將液壓、電子、電氣的優點融合在一起的液壓直線驅動裝置（Electro-hydraulicsystem），簡稱Hybrid系統，這種系統節能是值得提倡。

這種由液壓缸、液壓泵、AC馬達、蓄能器、電磁閥、傳感器和動力源組成的集成式電氣液壓伺服驅動系統具有動態性能好，輸出功率大，電氣安裝性和維護性好等優點。它可以降低液壓系統的缺點，如漏油和油污染的影響，使可靠性得到顯著提高，而當電力中斷時，又能充分顯示出液壓傳動的優點，即和液壓缸串聯的液壓缸，從蓄能器獲得供油，使葉片迎風面和風向平行，使葉輪停止轉動。液壓系統由帶位置傳感器的液壓缸和雙向供油的齒輪泵直接供油，中間沒有閥，減少了壓力損失和漏油點，這種系統比伺服控制系統節能40％以上。

除上述Hybrid系統外，在國外，葉片角度控制和偏轉器回轉也有采用直線式電液伺服比例液壓缸和回轉型液壓比例伺服驅動馬達的。這些系統具有動靜態性能好，壽命長等優點，但在節省能耗和油液污染度等方面較Hybrid系統差。

目前世界各大公司提供的風電液壓系統，廣泛采用比例伺服閉環控制系統。AAAA美國Parker公司為風力發電提供各種液壓元件和成套風電系統(包括制動、偏轉器和葉片角度等的控制系統)。角度控制系統由特殊設計的液壓缸組成，裝在風輪輪轂內，液壓缸內裝有位置傳感器，缸上還集成了所需的液壓閥，每臺風電設備都設有二三套獨立的角度控制系統(每個葉片一個)。該系統具有高可靠性和安全性，動靜態性能好，維護方便，泄漏少等優點。系統采用高性能比例伺服控制可以由模擬信號或數字信號控制。Parke公司提供的閥總成預先都經過嚴格驗，可減少安裝調試時間，降低成本，還可節省運行維護費用。液壓源由過濾性能良好的單獨液壓站提供。偏轉器回轉系統具有良好的保持葉片正確與風向對中，使風力發電具有良好的性能。Parker公司可提供電控和液壓控制兩種系統，液壓系統可實現更加緊湊的直接驅動，還具有良好的過載保護，避免部件損壞，系統采用閉環比例伺服控制，動態和靜態性能好。Parker公司為和上述三個系統配套，還提供獨立的過濾性好并可在停電故障時，由蓄能器提供的液壓動力源，保證安全停止和機組安全。

美國伊頓（Eaton）公司在風力發電液壓控制系統方面做了不少研究工作，所提供的風輪葉片角度閉環比例控制系統可承受高溫、低溫的工作條件，系統的動靜態性能好、位置精度高。

德國博世力士樂公司是歐洲風力發電液壓系統和電氣系統的供應商，可以成套提供機組用的增速齒輪箱、制動系統、風輪葉片控制系統、偏轉器控制系統。根據用戶需要可提供電氣控制系統和液壓比例伺服閉環系統。液壓驅動系統已廣泛用于大型風力發電機組。

變槳控制系統實例：

美國Zond公司的Z-40型液壓變槳距控制機構

該液壓變槳距控制機構屬于電液伺服系統，典型的變槳距液壓執行機構原理如上圖所示。槳葉通過機械連桿機構與液壓缸相連接,節距角的變化同液壓缸位移基本成正比。當液壓缸活塞桿朝左移動到最大位置時,節距角為88°,而活塞向右移動到最大位置時,節距角為-5°。在系統正常工作時,兩位三通電磁換向閥a,b,c都通電,液控單向閥打開,液壓缸的位移由電液比例閥換向閥進行精確控制。在風速低于額定風速時,不論風速如何變化,電液比例換向閥維持槳葉節距角為3°,考慮到油缸的泄漏,電液比例換向閥進行微調,保持節距角不變;當風速高于額定風速時,根據輸出功率,利用電液比例換向閥精確改變輸出流量,從而控制槳葉的節距角,使輸出功率恒定。

3、液壓制動系統

機艙和主軸一高速軸回轉系統采用液壓圓盤片式制動器主軸高速軸回轉系統是供直徑60～100m的葉片的制動用。急劇制動會使葉片及回轉系統產生強烈振動，并產生很大負荷。為此，需對軸的轉速進行反饋，采用由改變幅度來調整制動壓力的方法(軟制動)，可以將負荷減輕數倍。

Parker公司、Eaton公司和力士樂公司也生產圓盤葉片式制動系統，可以經受惡劣條件，安全性好。泄漏少，體積小，節省空間，液壓源由單獨液壓站供應

液壓制動系統實例丹麥BONUS-150KW風機剎車液壓系統

1）、起動開機：當控制系統發出起動命令（可以是自動或手動），電機立即起動，壓力由“P”口進入閥塊，閥塊左半部分為供葉尖壓力部分；右半部分為圓盤閘提供壓力。電機起動同時，電磁閥10#、11#均帶電由接通變為關閉狀態，壓力油只能沿單向閥6#-2進入右半部分，當壓力值達到由壓力開關7#調定的10.3MPa時,閥門10#打開，壓力開始進入葉尖部分，使葉片阻尼板收回，同時還將打開電磁閥12#，關閉電磁閥13#，使圓閘盤的壓力卸壓，做好起動的準備。當葉尖收起后圓閘盤也同時被松開，當壓力開關15#的壓力達到7MPa時，電機停止轉動。17#、18#為蓄能器，利用被壓縮的氣體來貯藏壓力油中的能量，以補充在運行過程中由于葉尖阻力板和圓閘盤的泄露，減少電機的頻繁起動。

2）、剎車停機：當風力控制系統的停機命令發出后，電磁閥10#立即帶電、11#失電，關閉10#電磁閥，打開11#電磁閥，然后使12#、13#電磁閥失電，即打開13#，關閉12#，結果在葉尖阻尼板被彈出之后，圓盤閘也動作剎車使風力機平穩的停機。

3）、性能特點

從設計機構上來看，這種風力機的制動力矩來源于兩個方面，一是葉尖阻尼制動，二是圓盤閘剎車制動，制動力矩均在低速軸上，這樣在剎車過程中對齒輪箱的沖擊力小。除此之外還有以下幾個特點：

a）、剎車過程平穩，振動小，由于剎車過程中首先由均勻分布的三個葉片的葉尖阻尼極動作，降低速度，然后再由圓盤閘制動，這就使剎車過程變得較為平穩；

b）、剎車機構相互獨立：該剎車系統的兩套剎車機構是相互獨立的，即不會由于一套剎車系統失靈而造成另一套也失去工作能力，例如當液壓系統故障，壓力建立不起來，圓盤閘不能正常剎車時，葉尖阻尼板恰好因為失壓而被彈出來，起到了阻尼剎車作用，這樣增強了該剎車系統的可靠性。

c）、設有失速保護機構：該剎車系統在葉片根部裝有一個離心式壓力缸，當風力機失去控制而將飛車時，在離心力的作用下，使得壓力上升到壓力開關14#的調定值，14#動作而被打開，飛車安全閥16#被接通，葉尖阻尼板中的壓力被泄放，阻尼板彈出，起到了保護作用。