一种基于风电机组发电机的水冷系统及方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于风电机组发电机的水冷系统及方法。

背景技术：

2.目前，随着风力发电技术的迅猛发展，风能成为我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面具有重要作用。但是以风能的利用存在随机性和波动性，随时间、季节以及气候的变化而变化，且风能与电力负荷需求存在不平衡问题，会影响电力系统的稳定性。
3.并且随着风力发电的快速发展，风机装机容量日益壮大，为企业带来了很客观的经济效益的同时也面临一些设备问题，如机组报出最常见的故障有发电机(变频器)系统的压力不足、发电机出水温度高等，故障发生后机组不得不停机，导致机组的故障率升高，进而导致风电场经济效益差。
4.因此，如何平衡风能与电力负荷需求、降低机组故障率是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于风电机组发电机的水冷系统及方法，以解决风能与电力负荷需求不平衡以及风电机组发电机水泵压力不足、温度高导致的机组故障问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一方面，本发明提供了一种基于风电机组发电机的水冷系统，包括水力发电单元、风力发电单元、补水单元和控制单元；
8.其中所述水力发电单元由高水位水箱、水力发电机、低水位水箱顺次连通形成循环系统，且所述高水位水箱的进水管道设置有水泵；
9.所述风力发电单元包括风力发电机，所述风力发电机与所述水力发电单元的水泵连接，用于驱动所述水泵抽水储能；
10.所述补水单元的出水端与所述风力发电机连接，进水端与所述水力发电单元连接，以向所述风力发电机水泵注水；
11.所述控制单元分别与所述水力发电单元、所述风力发电单元、所述补水单元连接，用于向所述水力发电单元、所述风力发电单元、所述补水单元发出控制指令。
12.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述补水单元包括冷却液储罐，所述冷却液储罐的进水端与所述高水位水箱的进水管道连通，且所述冷却液储罐的进水端设置有换热器，以降低液体温度。
13.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述补水单元还包括防冻液储罐，所述防冻液储罐的进水端与所述低水位水箱的出水管道连通。
14.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述风力发电机水泵设置有液位传感器和/或压力传感器，用于实时采集水泵内液位高度和/或压力，并将采集到的数值发送至所述控制单元，以使所述控制单元向所述补水单元发出启动指令；所述控制单元将采集到的数值与预设液位值/预设压力值进行比较，当采集数值低于预设液位值/预设压力值时，所述控制单元通过电磁阀控制所述补水单元向所述风力发电机水泵中注水。
15.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述风力发电机水泵设置有温度传感器，用于实时采集水泵内的压力，并将采集到的温度数据发送至所述控制单元，以使所述控制单元向所述补水单元发出启动指令；所述控制单元将采集到的温度数据与预设温度值进行比较，当温度数据高于预设温度值时，所述控制单元通过电磁阀控制所述补水单元向所述风力发电机水泵中注水。
16.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述风力发电单元包括用于驱动所述水力发电单元的水泵进行抽水储能和/或向用户端供电的第一风力发电机、以及用于向用户端供电的第二风力发电机。
17.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷系统中，所述冷却液储罐与所述防冻液储罐均连接有溢流装置。
18.另一方面，本发明还提供了一种采用上述水冷系统的基于风电机组发电机的水冷方法，包括以下步骤：
19.当风力发电机水泵系统压力不足或者温度过高时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水分流以通过补水单元向风力发电机水泵系统注水。
20.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷方法中，当环境处于风力大电负荷小的情况时，风力发电机将风能转换为电能输送至用户端，同时将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能；
21.当环境处于风力小电负荷大的情况时，风力发电机将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能。
22.优选的，在上述基于风电机组发电机的水冷方法中，当室外温度低于0℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入防冻液；
23.当室外温度为0－42℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入冷却液，所述冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的液体分流；
24.当室外温度高于42℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入冷却液，所述冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的分流液体经换热器冷却后的液体。
25.本发明提供了一种基于风电机组发电机的水冷系统与水冷方法，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明可有效平衡风能与电负荷之间的关系，并且通过补水单元能够减少机组故障率、减少风机故障损失的电量、有效提高风电机组的可利用率。
附图说明
26.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中
27.图1为本发明实施例基于风电机组发电机的水冷系统的系统框图；
28.图2为本发明实施例基于风电机组发电机的水冷系统的示意图一；
29.图3为本发明实施例基于风电机组发电机的水冷系统的示意图二；
30.图4为本发明实施例基于风电机组发电机的水冷系统的示意图三；
31.图5为本发明实施例基于风电机组发电机的水冷方法流程图。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例提供了一种基于风电机组发电机的水冷系统，包括水力发电单元、风力发电单元、补水单元和控制单元。
35.水力发电单元由高水位水箱、水力发电机、低水位水箱顺次连通形成循环系统，且高水位水箱的进水管道设置有水泵，由水泵将水流泵送至高水位水箱，实现水循环；
36.风力发电单元包括风力发电机，风力发电机与水力发电单元的水泵连接，用于驱动水泵抽水储能；
37.补水单元的出水端与风力发电机连接，进水端与水力发电单元连接，以向风力发电机水泵注水。
38.控制单元分别与水力发电单元、风力发电单元、补水单元连接，用于向水力发电单元、风力发电单元、补水单元发出控制指令。
39.在本发明一些实施例中，补水单元包括冷却液储罐，冷却液储罐的进水端与高水位水箱的进水管道连通，且冷却液储罐的进水端设置有换热器，以降低液体温度；
40.可以理解的是，水力发电单元中高水位水箱的进水端液体温度必然为整个水循环系统中水温最低的部分，将冷却液储罐的进水端与高水位水箱的进水管道连通，可保证冷却液储罐及补水管道中的水为水循环系统中的低温水，在春夏秋季节可作为冷却液直接使用，既增加了风力发电机水泵系统的压力又对其进行了冷却，避免发电机组故障的产生。
41.在本发明一些实施例中，补水单元还包括防冻液储罐，防冻液储罐的进水端与低水位水箱的出水管道连通。
42.可以理解的是，水力发电单元中低水位水箱的出水端液体温度为整个水循环系统中水温较高的部分，将防冻液储罐的进水端与低水位水箱的出水管道连通，可保证防冻液储罐及补水管道中的水为水循环系统中的高温水，在冬季可作为防冻液直接使用，避免温度较低水结冰影响风力发电机水泵系统的运行。
43.在本发明一些实施例中，冷却液储罐与防冻液储罐均连接有溢流装置，避免水力发电单元的水过多的流入到冷却液储罐或防冻液储罐中。
44.在本发明一些实施例中，防冻液储罐外壁包覆有保温层，保证防冻液储罐中剩余的水始终呈液体状态，避免温度过低造成结冰。
45.在本发明一些实施例中，风力发电机水泵设置有液位传感器和/或压力传感器，用
于实时采集水泵内液位高度和/或压力，并将采集到的数值发送至控制单元，以使控制单元向补水单元发出启动指令；控制单元将采集到的数值与预设液位值/预设压力值进行比较，当采集数值低于预设液位值/预设压力值时，控制单元通过电磁阀控制补水单元向风力发电机水泵中注水，直到注水至标准水位/标准压力时，控制单元控制电磁阀关闭。
46.在本发明一些实施例中，风力发电机水泵设置有温度传感器，用于实时采集水泵内的压力，并将采集到的温度数据发送至控制单元，以使控制单元向补水单元发出启动指令；控制单元将采集到的温度数据与预设温度值进行比较，当温度数据高于预设温度值时，控制单元通过电磁阀控制补水单元向风力发电机水泵中注入冷却水，直到注水至最高水位时，控制单元控制电磁阀关闭。
47.在本发明一些实施例中，参见附图2，风力发电单元包括一个风力发电机，该风力发电机将风能转换为电能向用户端供电，多余的风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵进行抽水储能。
48.在本发明一些实施例中，参见附图3，风力发电单元包括两个风力发电机，其中一个风力发电机将全部的风能转换为电能向用户端供电，另一个风力发电机将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵进行抽水储能。
49.在本发明一些实施例中，参见附图4，风力发电单元包括两个风力发电机，其中一个风力发电机将全部的风能转换为电能向用户端供电，另一个风力发电机将一部分风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵进行抽水储能，另一部分风能转换为电能向用户端供电。
50.需要说明的是，对风力发电机的数量不进行限制，而对风能的利用形式上需要考虑风能与电负荷之间的平衡关系，使风能的渗透力最大化，并且避免能源的大量浪费。
51.实施例2
52.本发明实施例提供了一种采用上述水冷系统的基于风电机组发电机的水冷方法，包括以下步骤：
53.步骤s1.实时获取风力发电机水泵系统的压力和/或水位和/或温度数据；
54.步骤s2.当风力发电机水泵压力不足或者水位过低或者温度过高时，补水单元向风力发电机水泵注水。
55.具体的，步骤s2中，当风力发电机水泵系统压力不足或者水位过低或者温度过高时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水分流以通过补水单元向风力发电机水泵系统注水；
56.在本发明一些实施例中，当室外温度低于0℃时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水分流以通过防冻液储罐向风力发电机水泵系统注入防冻液；
57.当室外温度为0－42℃时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水流以通过冷却液储罐向风力发电机水泵注入冷却液，冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的液体分流；
58.当室外温度高于42℃时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水流以通过冷却液储罐向风力发电机水泵注入冷却液，冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的液体分流，且液体分流经换热器冷却输送至风力发电机水泵，实现发电机机组的充分降温。
59.在本发明一些实施例中，当环境处于风力大电负荷小的情况时，风力发电机将风能转换为电能输送至用户端，同时将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能；
60.当环境处于风力小电负荷大的情况时，风力发电机将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能。
61.综上，本发明可有效平衡风能与电负荷之间的关系，并且通过补水单元能够减少机组故障率、减少风机故障损失的电量、有效提高风电机组的可利用率。
62.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd－rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
63.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
64.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
65.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
66.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，包括水力发电单元，所述水力发电单元由高水位水箱、水力发电机、低水位水箱顺次连通形成循环系统，且所述高水位水箱的进水管道设置有水泵；风力发电单元，包括风力发电机，所述风力发电机与所述水力发电单元的水泵连接，用于驱动所述水泵抽水储能；补水单元，所述补水单元的出水端与所述风力发电机连接，进水端与所述水力发电单元连接，以向所述风力发电机水泵注水；控制单元，分别与所述水力发电单元、所述风力发电单元、所述补水单元连接，用于向所述水力发电单元、所述风力发电单元、所述补水单元发出控制指令。2.根据权利要求1所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述补水单元包括冷却液储罐，所述冷却液储罐的进水端与所述高水位水箱的进水管道连通，且所述冷却液储罐的进水端设置有换热器，以降低液体温度。3.根据权利要求2所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述补水单元还包括防冻液储罐，所述防冻液储罐的进水端与所述低水位水箱的出水管道连通。4.根据权利要求1所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述风力发电机水泵设置有液位传感器和/或压力传感器，用于实时采集水泵内液位高度和/或压力，并将采集到的数值发送至所述控制单元，以使所述控制单元向所述补水单元发出启动指令；所述控制单元将采集到的数值与预设液位值/预设压力值进行比较，当采集数值低于预设液位值/预设压力值时，所述控制单元通过电磁阀控制所述补水单元向所述风力发电机水泵中注水。5.根据权利要求1所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述风力发电机水泵设置有温度传感器，用于实时采集水泵内的压力，并将采集到的温度数据发送至所述控制单元，以使所述控制单元向所述补水单元发出启动指令；所述控制单元将采集到的温度数据与预设温度值进行比较，当温度数据高于预设温度值时，所述控制单元通过电磁阀控制所述补水单元向所述风力发电机水泵中注水。6.根据权利要求1所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述风力发电单元包括用于驱动所述水力发电单元的水泵进行抽水储能和/或向用户端供电的第一风力发电机、以及用于向用户端供电的第二风力发电机。7.根据权利要求3所述的基于风电机组发电机的水冷系统，其特征在于，所述冷却液储罐与所述防冻液储罐均连接有溢流装置。8.一种采用权利要求1－7任一项所述水冷系统的基于风电机组发电机的水冷方法，其特征在于，包括以下步骤：当风力发电机水泵系统压力不足或者温度过高时，由控制单元向补水单元发出控制指令，水力发电单元的循环水分流以通过补水单元向风力发电机水泵系统注水。9.根据权利要求8所述的基于风电机组发电机的水冷方法，其特征在于，当环境处于风力大电负荷小的情况时，风力发电机将风能转换为电能输送至用户端，同时将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能；当环境处于风力小电负荷大的情况时，风力发电机将风能转换为动能以驱动水力发电单元的水泵抽水储能。
10.根据权利要求8所述的基于风电机组发电机的水冷方法，其特征在于，当室外温度低于0℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入防冻液；当室外温度为0－42℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入冷却液，所述冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的液体分流；当室外温度高于42℃时，补水单元向风力发电机水泵系统注入冷却液，所述冷却液为水力发电单元高水位水箱进水端的分流液体经换热器冷却后的液体。

技术总结

本发明涉及风力发电技术领域，公开了一种基于风电机组发电机的水冷系统，包括水力发电单元、风力发电单元、补水单元和控制单元；水力发电单元由高水位水箱、水力发电机、低水位水箱顺次连通形成循环系统，且高水位水箱的进水管道设置有水泵；风力发电单元包括风力发电机，风力发电机与水力发电单元的水泵连接，用于驱动水泵抽水储能；补水单元的出水端与风力发电机连接，进水端与水力发电单元连接，以向风力发电机水泵注水；控制单元用于向水力发电单元、风力发电单元、补水单元发出控制指令。本发明可有效平衡风能与电负荷之间的关系，并且通过补水单元能够减少机组故障率、减少风机故障损失的电量、有效提高风电机组的可利用率。有效提高风电机组的可利用率。有效提高风电机组的可利用率。