專利名稱：可再生能源類型的發(fā)電裝置及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再生能類型的發(fā)電裝置和該可再生能類型的發(fā)電裝置的運(yùn)行方法，其中發(fā)電裝置經(jīng)由組合有液壓泵和液壓馬達(dá)的液壓傳動(dòng)裝置，將從可再生能源獲得的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能傳遞至發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
近些年來，從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)看，使用可再生能類型的渦輪發(fā)電機(jī)將變得越來越普遍，其中可再生能類型的渦輪發(fā)電機(jī)例如為利用風(fēng)力的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和利用潮流(tidal current)的潮流發(fā)電機(jī)。這些可再生能裝置傳統(tǒng)上使用變速箱形式的傳動(dòng)裝置，將輸入可再生能源的動(dòng)能·的能量提取機(jī)構(gòu)的較低的輸入速度改變成較高的輸出速度，以驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置，其中能量提取機(jī)構(gòu)例如風(fēng)或潮汐渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。例如，在普通的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大致為幾轉(zhuǎn)至幾十轉(zhuǎn)每分，而發(fā)電裝置的額定速度正常地為1500rpm或ISOOrpm，因此需要機(jī)械式變速箱。因此，機(jī)械式變速箱設(shè)置在轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間。具體地，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速通過變速箱增大至發(fā)電機(jī)的額定速度，并然后輸入至發(fā)電機(jī)。這樣的變速箱形式的傳動(dòng)裝置對設(shè)計(jì)和建造都是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槠淙菀资?，并且維護(hù)和替換或維修成本較高。設(shè)計(jì)可再生能類型的發(fā)電裝置的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在所有的情形下利用能量提取機(jī)構(gòu)提取能量的最佳量。最有效的裝置使之這樣實(shí)現(xiàn)通過將葉片保持為固定的螺旋角，并在運(yùn)行范圍的大部分中與風(fēng)速或水速成比例地變化葉片的旋轉(zhuǎn)速度，以維持差不多固定的“葉尖速比”。成本有效的可再生能類型的發(fā)電裝置所需要的尺度的變速箱為不能變化的固定比率，因此需要復(fù)雜的易于失效的電力轉(zhuǎn)換裝置以將電力供給至AC電網(wǎng)。近些年來，作為機(jī)械式變速箱的替代，配備有液壓傳動(dòng)裝置的可再生能類型的發(fā)電裝置正在獲得更多的關(guān)注，其中該液壓傳動(dòng)裝置采用變量式(variable displacementtype)的液壓泵和液壓馬達(dá)的組合。在這樣的發(fā)電裝置中，即使在較大的尺度上也可以獲得變比率的凈液壓傳動(dòng)。這樣的凈液壓傳動(dòng)也比變速箱更輕且更堅(jiān)固，并且還比直流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元輕。因此，降低了發(fā)電的總成本。非專利文獻(xiàn)I公開了一種應(yīng)用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的液壓傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。液壓傳動(dòng)裝置包括連接到轉(zhuǎn)子的液壓泵、連接到發(fā)電機(jī)的液壓馬達(dá)、和分別布置在液壓泵和液壓馬達(dá)之間的高壓總管和低壓總管。液壓泵和馬達(dá)中的每個(gè)包括多個(gè)缸和活塞，并且不斷地啟動(dòng)和禁用形成在缸和活塞之間的工作腔來改變排量(displacement)。專利文獻(xiàn)I公開了一種用于調(diào)整風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的裝置。該裝置包括轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸和由旋轉(zhuǎn)軸啟動(dòng)的多級泵。每一級具有將該級與共同的流體吸入路徑聯(lián)接的吸入裝置和將該級與共同的流體排出路徑聯(lián)接的排出裝置。第一限制裝置布置在從該級開始的共同的排出通路中，以改變該級的泵送狀態(tài)。處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)的缸的比率被改變以調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，從而將旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速保持在一定的范圍內(nèi)，在該范圍中旋轉(zhuǎn)能有效地轉(zhuǎn)換成風(fēng)力能。此外，專利文獻(xiàn)2公開了一種用于諸如風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電裝置的穩(wěn)定控制系統(tǒng)。該穩(wěn)定控制系統(tǒng)試圖控制液壓傳動(dòng)裝置的液壓馬達(dá)的排量，以穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :US 4496847B專利文獻(xiàn)2 :W0 2010/0033035A非專利文獻(xiàn)
非專利文獻(xiàn)I :W. H. S. Rampen 等人，"Gearless transmissions forlargewind-turbines-The history and future of hydraulic drives " , DEffEKBremen, 2006 年 12 月。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在如專利文獻(xiàn)I和2公開的可再生能類型的發(fā)電裝置中，需要其有效地從可再生能源提取能量，并保持較高的發(fā)電效率。然而，這樣的發(fā)電裝置中使用的可再生能源通常為諸如風(fēng)力和潮流的自然能，并且發(fā)電可用的能量波動(dòng)較大。因此，很難以最大效率提取能量。特別地，所述可再生能在較短時(shí)間周期中瞬時(shí)不穩(wěn)定性較高，必須執(zhí)行控制來響應(yīng)能量的波動(dòng)以有效地提取能量。從以上觀點(diǎn)來看，在配備有機(jī)械式(齒輪式)變速箱的常規(guī)的風(fēng)力渦輪機(jī)中，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間布置有變換器，通過控制該變換器來改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。通常使用該可變速度運(yùn)行方法。然而,在具有如非專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)I和2中公開的液壓傳動(dòng)裝置的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，沒有詳細(xì)描述調(diào)節(jié)扭矩以提高發(fā)電效率的方法。此外，目前仍然確立一種提高發(fā)電效率的運(yùn)行控制技術(shù)。鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種可再生能類型的發(fā)電裝置以及運(yùn)行這種裝置的方法，該裝置能夠獲得期望的液壓馬達(dá)輸出和穩(wěn)定的發(fā)電而不考慮可再生能的變化。技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種用可再生能源發(fā)電的可再生能類型的發(fā)電裝置。與本發(fā)明相關(guān)的發(fā)電裝置可以包括但不限于旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動(dòng)；液壓泵，該液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動(dòng)；發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)聯(lián)接至液壓馬達(dá)；高壓油路，液壓泵的出口側(cè)通過該高壓油路與液壓馬達(dá)的入口側(cè)流體連通；低壓油路，液壓泵的入口側(cè)通過該低壓油路與液壓馬達(dá)的出口側(cè)流體連通；馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元，該馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率8來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率馬達(dá)需求量確定單元，該馬達(dá)需求量確定單元確定液壓馬達(dá)的排量需求量(displacement demand)Dm,使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定；和馬達(dá)控制器，該馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。
在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率g來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率，從而執(zhí)行馬達(dá)控制。因此，可以獲得液壓馬達(dá)的期望輸出。 馬達(dá)需求量確定單元基于液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率1 確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定，并且馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為確定的排量需求量Dm。因此，即使液壓泵的目標(biāo)輸出被改變，也可以將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為相同。結(jié)果，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生固定頻率的電力。上述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括目標(biāo)扭矩確定單元，該目標(biāo)扭矩確定單元基于功率系數(shù)變成最大值的旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩確定液壓泵的目標(biāo)扭矩Tp ;和泵目標(biāo)輸出確定單元，該泵目標(biāo)輸出確定單元基于目標(biāo)扭矩確定單元所確定的液壓泵的目標(biāo)扭矩Tp來確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率s。以此方式，目標(biāo)扭矩確定單元基于功率系數(shù)變?yōu)樽畲笾档男D(zhuǎn)軸的理想扭矩來確定液壓泵的目標(biāo)扭矩Tp，并且泵目標(biāo)輸出確定單元基于目標(biāo)扭矩來確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率s。因此，可以使該可再生能類型的發(fā)電裝置的發(fā)電效率保持較高。上述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括測量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量儀和理想扭矩確定單元，理想扭矩確定單元根據(jù)測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，基于轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速獲得理想扭矩，從而實(shí)現(xiàn)了可再生能類型的發(fā)電裝置的有效發(fā)電。轉(zhuǎn)速測量儀能夠非常精確地測量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，并且因此通過基于旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速來確定理想扭矩，液壓馬達(dá)能夠被適當(dāng)?shù)乜刂?。在該可再生能類型的發(fā)電裝置中，可以設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀，并且理想扭矩確定單元可以根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的平均值，來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。以此方式，設(shè)置了多個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀并且基于旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速的平均值來獲得理想扭矩，從而提高了確定理想扭矩的精度，并且還可以消除轉(zhuǎn)速測量儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲?？商娲?，可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括測量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量儀以及理想扭矩確定單元，該理想扭矩確定單元根據(jù)從旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速估算的可再生能源的能量流的估算速度，來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。以此方式，根據(jù)從旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速估算的可再生能源的能量流的估算速度獲得理想扭矩，從而提高了可再生能類型的發(fā)電裝置的發(fā)電效率?？稍偕茉吹哪芰苛鞯乃俣雀鶕?jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的測量轉(zhuǎn)速來估算，從而非常精確地估算出了能量流的速度，并且對液壓馬達(dá)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂?。此外，發(fā)電裝置可以構(gòu)造成沒有測量能量流的速度的速度測量儀，從而減低了成本。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，可以設(shè)置多個(gè)流速測量儀，并且可以根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的平均值來估算能量流的估算流速。以此方式，設(shè)置了多個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀，根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的平均值來估算能量流的流速，并且根據(jù)能量流的流速獲得理想扭矩。因此，能夠非常精確地確定理想扭矩，并能夠消除轉(zhuǎn)速測量儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲?？商娲?，所述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括測量可再生能源的能量流的速度的速度測量儀以及理想扭矩確定單元，該理想扭矩確定單元根據(jù)測量的能量流的速度來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。以此方式，基于速度測量儀測量的可再生能源的流速來確定理想扭矩，從而提高了可再生能類型的發(fā)電裝置的發(fā)電效率。此外，通過用速度測量儀直接地測量能量流的速度，可以容易地獲得能量流的速度。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，可以設(shè)置多個(gè)速度測量儀，并且理想扭矩確定單元可以根據(jù)速度測量儀測量的能量流的速度的平均值來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。以此方式，設(shè)置了多個(gè)速度測量儀，并且基于速度測量儀測量的能量流的測量速度的平均值獲得了理想扭矩，從而提高了確定理想扭矩的精度，也消除了轉(zhuǎn)速測量儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲。所述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括泵目標(biāo)輸出校正單元，其基于來自可再 生能類型的發(fā)電裝置所屬的發(fā)電廠的發(fā)電廠控制器的功率需求指令，對液壓泵的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正。通常，不止一個(gè)可再生能類型的發(fā)電裝置安裝在所述發(fā)電裝置所屬的發(fā)電廠中。例如，每個(gè)發(fā)電裝置所需的發(fā)電輸出依據(jù)例如發(fā)電廠中的每個(gè)發(fā)電裝置的運(yùn)行狀態(tài)以及發(fā)電廠總共需要的電力而變化。因此，泵目標(biāo)輸出校正單元基于發(fā)電廠的發(fā)電廠控制器的功率需求指令，對液壓泵的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正。結(jié)果，能夠根據(jù)可再生能類型的發(fā)電裝置所需要的電力進(jìn)行合適地發(fā)電。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元可以包括低通濾波器，其對液壓泵的目標(biāo)輸出功率^進(jìn)行校平，以獲得液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率以此方式，通過校平液壓泵的目標(biāo)輸出功率s可以獲得液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率gS。結(jié)果，即使當(dāng)液壓泵的輸出劇烈地改變時(shí)，液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出也能夠平穩(wěn)地改變，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，馬達(dá)需求量確定單元可以基于名義馬達(dá)需求量0 來確定液壓馬達(dá)的排量需求量0111，其中該名義馬達(dá)需求量Dn通過將液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率除以液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速Wm和高壓油路中的油壓Ps而得到。以此方式，通過將液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率除以高壓油路中的油壓Ps，馬達(dá)需求量確定單元確定了液壓馬達(dá)的名義需求量Dn，從而獲得了保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定的名義
馬達(dá)需求量Dn。此外，在所述可再生能的發(fā)電裝置中，馬達(dá)需求量確定單元可以獲得用于將高壓油路中的油壓Ps向著目標(biāo)油壓Pd調(diào)節(jié)的需求量校正值Db，該目標(biāo)油壓Pd基于液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率確定，并且馬達(dá)需求量確定單元可以由名義馬達(dá)需求量0 與需求量校正值Db的和來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm。以此方式，馬達(dá)需求量確定單元獲得了用于調(diào)節(jié)高壓油路中油壓Ps的液壓馬達(dá)的需求量校正值Db，并且所獲得的需求量校正值Db加到名義馬達(dá)需求量Dn上，以確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm。結(jié)果，高壓油路中的油壓Ps被確實(shí)地調(diào)節(jié)成更加接近目標(biāo)壓力Pd。在這樣的情況中，馬達(dá)需求量確定單元可以通過將油壓Ps和目標(biāo)油壓Pd之間的差值乘以可變的增益Kp，獲得了需求量校正值Db，其中可變的增益Kp根據(jù)油壓Ps變化。以此方式，當(dāng)獲得液壓馬達(dá)的需求量校正值Db時(shí)，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置可變的增益Κρ，高壓油路中的油壓Ps能夠更加接近目標(biāo)扭矩Pd，其中可變的增益Kp根據(jù)油壓Ps而變化。同時(shí)，可變的增益Kp根據(jù)油壓Ps而改變，從而獲得了根據(jù)壓力Ps的跟蹤性能。此外，可變的增益Kp可以設(shè)置成當(dāng)油壓Ps不高于高壓油路中的油壓(以下稱為“高油壓”)的容許范圍的最小值Pmin或不低于容許范圍的最大值Pmax時(shí)，可變的增益Kp為最大值Kmax;并且當(dāng)油壓Ps介于高油壓的容許范圍的最小值Pmin和最大值Pmax之間時(shí)，油壓Ps變得越接近最小值Pmin或最大值Pmax,可變的增益Kp增加越多。以此方式，高壓油路中的油壓Ps能夠被保持在容許范圍內(nèi)，并且能夠依據(jù)液壓馬達(dá)的需求量排量Dm是否需要校正，來適當(dāng)?shù)卮_定液壓馬達(dá)的需求量校正值Db。具體地，當(dāng)油壓Ps不高于高油壓的容許范圍的最小值Pmin或不低于容許范圍的最大值Pmax時(shí)，可變的增益Kp為最大值1(_。因此，可以盡可能快地加速使高油壓成為目標(biāo)壓力的速度。而當(dāng)油壓Ps介于高油壓的容許范圍的最小值Pmin和最大值Pmax之間時(shí)，油壓Ps變得越接近最小值Pmin或最大值Pmax，可變的增益Kp增加越多。因此，當(dāng)高壓油路中油壓Ps·適當(dāng)時(shí)可以減小可變的增益Kp的影響，并且可以如期望的一樣逐漸地增大可變的增益Kp的影響?？梢曰谛D(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和可為液壓泵設(shè)置的最大排量Dmax來確定容許范圍的最小值P—。以此方式，基于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和可為液壓泵設(shè)置的最大排量Dmax來確定容許范圍的最小值Pmin，從而適當(dāng)?shù)卦O(shè)置容許范圍的最小值Pmin，其對馬達(dá)控制來說是一個(gè)很重要的因素。所述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括環(huán)境溫度傳感器，該環(huán)境溫度傳感器測量發(fā)電裝置的環(huán)境溫度。優(yōu)選地基于測量的環(huán)境溫度對旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩進(jìn)行校正。通常，所述可再生能類型的發(fā)電裝置中，可再生能源的能量密度隨著溫度改變。這樣，環(huán)境溫度傳感器測量發(fā)電裝置的環(huán)境溫度，并且基于測量的環(huán)境溫度對理想扭矩進(jìn)行校正，從而根據(jù)環(huán)境溫度獲得最佳的理想扭矩。所述可再生能類型的發(fā)電裝置還可以包括測量高壓油路中油溫的油溫傳感器以及馬達(dá)需求量校正單元，該馬達(dá)需求量校正單元基于高壓油路中的測量油溫對液壓馬達(dá)的排量需求量Dm進(jìn)行校正。以此方式，泵需求量校正單元基于油溫傳感器測量的高壓油路中的測量油溫，對液壓馬達(dá)的排量需求量Dm進(jìn)行校正。結(jié)果，能夠在考慮油的熱膨脹的情況下對液壓馬達(dá)進(jìn)行合適地控制。優(yōu)選地，所述可再生能類型的發(fā)電裝置為通過作為可再生能源的風(fēng)發(fā)電的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。在風(fēng)力能發(fā)電機(jī)中，風(fēng)力能波動(dòng)很大。然而，通過使用所述可再生能的發(fā)電裝置，可以根據(jù)風(fēng)力能的改變進(jìn)行馬達(dá)控制，從而實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的期望輸出和穩(wěn)定地發(fā)電。作為一種可再生能類型的發(fā)電裝置的運(yùn)行方法，其中所述發(fā)電裝置包括旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動(dòng)；液壓泵，該液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動(dòng)；發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)聯(lián)接至液壓馬達(dá)；高壓油路，液壓泵的出口側(cè)通過該高壓油路與液壓馬達(dá)的入口側(cè)流體連通；和低壓油路，液壓泵的入口側(cè)通過該低壓油路與液壓馬達(dá)的出口側(cè)流體連通，所述方法可以包括但不限于以下步驟基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率s來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率;確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定；和將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。在所述可再生能類型的發(fā)電裝置的運(yùn)行方法中，基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率^確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率，基于其進(jìn)行馬達(dá)控制。因此，可以獲得液壓泵的期望輸出?；谝簤厚R達(dá)的目標(biāo)輸出功率^^來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，并且馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。因此，即使當(dāng)液壓泵的目標(biāo)輸出被改變，也可以將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為相同。結(jié)果，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生固定頻率的電力。有益效果
根據(jù)本發(fā)明，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率s確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率^^，基于其進(jìn)行馬達(dá)控制。結(jié)果，可以獲得液壓泵的期望輸出。此外，馬達(dá)需求量確定單元基于液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，并且馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。因此，即使當(dāng)液壓泵的目標(biāo)輸出被改變，也可以將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為恒定的轉(zhuǎn)速。結(jié)果，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生固定頻率的電力。


圖I為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的示例結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制單元、發(fā)電機(jī)和液壓傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為液壓泵的詳細(xì)構(gòu)造的示意圖。圖4為液壓馬達(dá)的詳細(xì)構(gòu)造的示意圖。圖5為示出了通過控制單元控制液壓泵的過程的流程圖。圖6為控制單元的信號流的示意圖。圖7為示出了扭矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的圖表。圖8為示出了示例性的增益函數(shù)的圖表。圖9為示出了高壓油路中的油的目標(biāo)壓力函數(shù)的圖表。圖10為示出了儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的Cp最大值曲線的圖表。圖11為示出了儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的Cp最大值曲線的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。不過，其意圖為，除非特別地說明，尺寸、材料、形狀、其相對位置等應(yīng)理解為僅是示意性的，而不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的液壓傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)和控制單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖I所示，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I包括通過風(fēng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子2，用于增大轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)速的液壓傳動(dòng)裝置10、用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)20、機(jī)艙22、用于支撐機(jī)艙22的塔架24、用于控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的液壓傳動(dòng)裝置10的控制單元40(見圖2)和各種傳感器，其中傳感器包括壓力測量儀31和轉(zhuǎn)速測量儀32，36。轉(zhuǎn)子2構(gòu)造成使得旋轉(zhuǎn)軸8連接至帶有葉片4的輪轂6。具體地，三個(gè)葉片4從輪轂6徑向延伸出，并且每個(gè)葉片4安裝在連接到旋轉(zhuǎn)軸8的輪轂6上。這使得作用在葉片4上的風(fēng)能可以旋轉(zhuǎn)整個(gè)轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸8輸入液壓傳動(dòng)裝置10。如圖2所示，液壓傳動(dòng)裝置10包括通過旋轉(zhuǎn)軸8旋轉(zhuǎn)的變量式的液壓泵12、連接到發(fā)電機(jī)20的變量式的液壓馬達(dá)14和布置在液壓泵12和液壓馬達(dá)14之間的高壓油路16和低壓油路18。高壓油路16將液壓泵12的出口側(cè)連接到液壓馬達(dá)14的入口側(cè)。低壓油路18將液壓泵12的入口側(cè)連接到液壓馬達(dá)14的出口側(cè)。從液壓泵排出的工作油(低壓油)經(jīng)由高壓油路流入液壓馬達(dá)中。液壓馬達(dá)14中工作過的工作油經(jīng)由低壓油路18流入液壓泵12中，然后液壓泵12將其壓力升高，最后該工作油流入液壓馬達(dá)14中，以驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)14。圖2示出了一個(gè)示例性的實(shí)施例,其中液壓傳動(dòng)裝置10僅包括一個(gè)液壓馬達(dá)14。不過，也可以設(shè)置多個(gè)液壓馬達(dá)14，并且將每個(gè)液壓馬達(dá)14連接至液壓泵12。
這里描述的液壓泵和液壓馬達(dá)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)僅作為示例。圖3為液壓泵的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，圖4為液壓馬達(dá)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖3所示，液壓泵12包括多個(gè)油腔83、凸輪84、高壓閥86和低壓閥88，其中每個(gè)油腔83由缸80和活塞82形成，凸輪84具有與活塞82接合的凸輪輪廓，為每個(gè)油腔83都設(shè)置有高壓閥86和低壓閥88。高壓閥86布置在高壓油路16和每個(gè)油腔83之間的高壓通道87中，低壓閥88布置在低壓油路18和每個(gè)油腔83之間的低壓通道89中。液壓泵12中，凸輪84與旋轉(zhuǎn)軸8 一起旋轉(zhuǎn)，活塞82根據(jù)凸輪曲線周期性地上下移動(dòng)，以重復(fù)活塞82從下死點(diǎn)開始到達(dá)上死點(diǎn)的泵送循環(huán)和活塞從上死點(diǎn)開始到達(dá)下死點(diǎn)的吸入循環(huán)。如圖4所不,液壓馬達(dá)14包括包括多個(gè)液壓腔93、凸輪94、聞壓閥96和低壓閥98，其中，液壓腔93形成在缸90和活塞92之間，凸輪94具有與活塞92接合的凸輪輪廓，為每個(gè)液壓腔93設(shè)置有高壓閥96和低壓閥98。高壓閥96布置在高壓油路16和每個(gè)油腔93之間的高壓通道97中，而低壓閥98布置在低壓油路18和每個(gè)油腔93之間的低壓通道99中。低壓閥98也可以是常閉類型的。在所示的具有活塞循環(huán)曲線130的液壓馬達(dá)14中，活塞92周期性地上下移動(dòng)，以重復(fù)活塞92從上死點(diǎn)開始到達(dá)下死點(diǎn)的致動(dòng)(motor)循環(huán)和活塞從下死點(diǎn)開始到達(dá)上死點(diǎn)的排出循環(huán)。液壓泵和液壓馬達(dá)為以上描述的活塞式。不過，這不是限制性的，液壓泵和液壓馬達(dá)可以是任意類型的變量式液壓機(jī)構(gòu)，例如葉片式。如圖2所示，作為各種傳感器，提供了用于測量旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量儀32、用于測量高壓油路16中的壓力的壓力測量儀31和用于測量液壓馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速的另一個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀36。此外，各種傳感器還可以包括安裝在機(jī)艙22外部測量風(fēng)速的風(fēng)速儀33、測量風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度的溫度傳感器34和測量高壓油路16中的油溫的油溫傳感器35。這些傳感器的測量結(jié)果傳送至控制單元40以控制液壓泵12。附圖所示的該示例中，設(shè)置有一組各傳感器。然而，這不是限制性的，也可以提供不止一組各傳感器。此外，設(shè)置有用于高壓油路16和低壓油路18的防脈動(dòng)蓄能器64。由此，高壓油路16和低壓油路18的壓力波動(dòng)(脈動(dòng))被抑制。而且，用于去除工作油雜質(zhì)的油過濾器66和用于冷卻工作油的油冷卻器68布置在低壓油路中。旁通油路60布置在高壓油路16和低壓油路18之間以旁通液壓馬達(dá)14，減壓閥62布置在旁路油路60中以保持高壓油路16中的液壓壓力不高于設(shè)定壓力。由此，當(dāng)高壓油路16中的壓力達(dá)到減壓閥62的設(shè)定壓力時(shí)，減壓閥62自動(dòng)地打開，以允許高壓油經(jīng)由油路旁路60流向低壓油路18。另外，液壓傳動(dòng)裝置10具有油箱70、補(bǔ)給管路72、增壓泵74、油過濾器76、返回管路78和低壓泄壓閥79。在一些實(shí)施例中，液壓馬達(dá)14的全部或部分回流通過一個(gè)或多個(gè)這些單元。油箱70儲(chǔ)存有補(bǔ)給的工作油。補(bǔ)給管路72連接油箱70和低壓油路18。增壓泵74布置在補(bǔ)給管路72中，為低壓油路18補(bǔ)充來自油箱70的補(bǔ)給的工作油。在這種情況 下，布置在補(bǔ)給管路72中的油過濾器76除去供給至低壓油路18的工作油的雜質(zhì)。即使當(dāng)液壓傳動(dòng)裝置10中的工作油泄露時(shí)，增壓泵74為低壓油路補(bǔ)充來自油箱70的工作油，并由此能夠保持液壓傳動(dòng)裝置10中流通的工作油的量。返回管路78安裝在油箱70和低壓油路18之間。低壓減壓閥79布置在返回管路78中，并且低壓油路18中的壓力被保持在規(guī)定的壓力附近。這使得一旦低壓油路18中的壓力到達(dá)低壓減壓閥79的規(guī)定壓力，盡管增壓泵74供給工作油至低壓油路18，低壓減壓閥79仍能夠自動(dòng)打開以經(jīng)由返回管路88釋放工作油至油箱70。由此，能夠充分地保持液壓傳動(dòng)裝置10中流通的工作油的量。發(fā)電機(jī)20與電網(wǎng)50同步，使得發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的電力供給至電網(wǎng)50。如圖2所示，發(fā)電機(jī)20包括電磁同步發(fā)電機(jī)，其由連接至液壓馬達(dá)14的輸出軸15的轉(zhuǎn)子20A和連接至電網(wǎng)50的另一個(gè)轉(zhuǎn)子20B構(gòu)成。激勵(lì)器52連接至發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子20A，使得能夠通過改變在轉(zhuǎn)子20A中流動(dòng)的場流來調(diào)整發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子20B中產(chǎn)生的電力的功率因子。由此，可以向電網(wǎng)50供給調(diào)整為期望的功率因子的較好質(zhì)量的電力。圖I所示的機(jī)艙22旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子2的輪轂6，并容納各種裝置，例如液壓傳動(dòng)裝置10和發(fā)電機(jī)20。另外，機(jī)艙22可以旋轉(zhuǎn)地支撐在塔架24上，并根據(jù)風(fēng)向由偏轉(zhuǎn)馬達(dá)(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。塔架24形成為從基座26向上延伸的柱狀。例如，塔架22可以由一個(gè)柱狀構(gòu)件構(gòu)成，或者由沿豎直方向連接的以形成柱狀的多個(gè)單元構(gòu)成。如果塔架24由多個(gè)單元構(gòu)成，那么機(jī)艙22安裝在最頂側(cè)的單元上。以下參考圖2說明控制單元40的結(jié)構(gòu)?？刂茊卧?0可以構(gòu)造為分布式控制系統(tǒng)，其配置成，控制單元40和各種控制裝置41至49可以布置在不同的位置，即機(jī)艙的內(nèi)部或外部。構(gòu)成控制單元40的控制裝置41至47和控制單元40中的至少一項(xiàng)功能可以并入一個(gè)處理單元中?？刂茊卧?0包括理想扭矩確定單元41、目標(biāo)扭矩確定單元42、泵目標(biāo)輸出確定單元43、泵目標(biāo)輸出校正單元44、馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45、馬達(dá)需求量確定單元46、馬達(dá)需求量校正單元47、馬達(dá)控制器48和存儲(chǔ)單元49。理想扭矩確定單元41根據(jù)測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速來確定旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩。理想扭矩為這樣的一個(gè)扭矩，在該扭矩風(fēng)力能能夠被有效地轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)動(dòng)能，即具有聞的風(fēng)力能提取效率的扭矩。
以下詳細(xì)描述理想扭矩確定單元41的示例性的結(jié)構(gòu)。理想扭矩確定單元41基于轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速，確定功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲笾禃r(shí)的扭矩為理想扭矩。其還可以根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速的平均值來確定旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩。理想扭矩單元41可以基于環(huán)境溫度傳感器34測量的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的測量的環(huán)境溫度來校正旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度為影響旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩的因素中的一個(gè)因素。技術(shù)上來說，風(fēng)力能由風(fēng)流量(質(zhì)量流量)和風(fēng)速確定。隨著風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度的改變，空氣密度改變。這改變了空氣的質(zhì)量。因此，基于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度來校正理想扭矩。目標(biāo)扭矩確定單元42基于理想扭矩確定單元41獲得的理想扭矩來確定液壓泵的目標(biāo)扭矩。同時(shí)，目標(biāo)扭矩確定單元42優(yōu)選地通過將旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩乘以比例因子M，來確定液壓泵12的目標(biāo)扭矩。
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泵目標(biāo)輸出確定單兀43基于液壓泵的目標(biāo)扭矩來確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率s。同時(shí)，泵目標(biāo)輸出確定單元43可以通過將目標(biāo)扭矩確定單元42所確定的液壓泵12的目標(biāo)扭矩乘以旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速，來確定液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s。泵目標(biāo)輸出校正單元44基于發(fā)電廠控制器200的功率需求指令Sd，對泵目標(biāo)輸出確定單元43確定的液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正。發(fā)電廠控制器200為安裝在擁有發(fā)電裝置的發(fā)電廠中的控制器，其整體上控制不止一個(gè)發(fā)電裝置。馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率8來確定液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率例如，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45可以包括一階低通濾波器，其通過校平液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率馬達(dá)需求量輸出確定單元46基于液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率肖&來確定液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm，以使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定。具體地，馬達(dá)需求量輸出確定單元46基于名義需求量Dn來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dni，其中名義需求量Dn通過目標(biāo)輸出功率除以液壓馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速和高壓油路中油壓Ps得到。同時(shí)，馬達(dá)需求量確定單元46可以對排量需求量Dm進(jìn)行校正，使得油壓Ps被保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。在這樣的情況下，馬達(dá)需求量確定單元46根據(jù)液壓馬達(dá)14的需求量校正量Db和名義需求量Dn的和來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，以將高壓油路中的油壓Ps調(diào)節(jié)為基于目標(biāo)輸出功率^^所確定的高壓油路中的目標(biāo)壓力Pd。這里，還可以通過以下的方式獲得液壓馬達(dá)14的需求量校正量Db。需求量校正量Db通過將油壓Ps和目標(biāo)油壓Pd之間的差值乘以可變的增益Kp得至IJ，其中可變的增益Kp根據(jù)油壓Ps變化。如圖8所示，可變的增益Kp優(yōu)選地設(shè)定成當(dāng)油壓Ps不高于高油壓的容許范圍的最小值Pmin或不低于容許范圍的最大值Pmax時(shí)，可變的增益Kp為最大值Kmax ;并且當(dāng)油壓Ps介于高油壓的容許范圍的最小值Pmin和最大值Pmax之間時(shí)，油壓Ps變得越接近最小值Pmin或最大值Pmax，可變的增益Kp增加越多。所述容許范圍可以基于旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速確定，并且對于液壓泵12來說，最大值Dmax能夠設(shè)定。馬達(dá)需求量校正單元47基于油溫傳感器35測量的高壓油路16中的測量油溫對液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm進(jìn)行校正。盡管不是必須的，然而可以安裝馬達(dá)需求量校正單元47，從而在考慮工作流體的熱膨脹率的情況下適當(dāng)?shù)乜刂埔簤厚R達(dá)16。馬達(dá)控制器48將液壓馬達(dá)14的排量調(diào)節(jié)為馬達(dá)需求量確定單元46所確定的確定排量需求量D1^除上述控制裝置外，還可以設(shè)置泵控制器(未示出)。泵控制器將液壓泵12的排量調(diào)節(jié)為液壓泵12的確定的排量需求量，該確定的排量需求量根據(jù)目標(biāo)扭矩確定單元42獲得的目標(biāo)扭矩和油壓Ps來確定。存儲(chǔ)單元49儲(chǔ)存用于控制液壓泵12的數(shù)據(jù)。具體地，存儲(chǔ)單元49儲(chǔ)存用于控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的多個(gè)函數(shù)，例如圖7所示的扭矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的函數(shù)、圖8所示的可變的增益Kp的函數(shù)以及圖9所示的目標(biāo)高油壓的目標(biāo)壓力函數(shù)。以下將參考圖5的流程圖描述關(guān)于控制單元40的運(yùn)行的算法。 首先，轉(zhuǎn)速測量儀38測量旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I (步驟SI)。理想扭矩確定單元41根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀38測量的測量轉(zhuǎn)速%，確定功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲髸r(shí)的理想扭矩T”具體地，理想扭矩確定單元41從存儲(chǔ)單元49取得Cp最大值曲線600，其在圖7的函數(shù)中用實(shí)線表示。Cp最大值曲線600為旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速(W,，599)和氣動(dòng)理想扭矩(T，598)之間關(guān)系的函數(shù)。Cp最大值曲線600示出了功率系數(shù)Cp相對于轉(zhuǎn)速I變?yōu)樽畲笾禃r(shí)的理想扭矩凡。目標(biāo)扭矩確定單元42基于理想扭矩確定單元41獲得的理想扭矩Ti來確定液壓泵12的目標(biāo)扭矩Td(步驟S2)。同時(shí)，目標(biāo)扭矩確定單元42通過將理想扭矩確定單元41所確定的理想扭矩Ti乘以比例因子M，確定出能夠用作目標(biāo)扭矩Td的調(diào)整后的理想扭矩MTitl比例因子M —般地位于O. 9至I. O之間，并且在使用期間可以根據(jù)風(fēng)況和葉片4隨著時(shí)間的氣動(dòng)改變而變化。比例因子M可以如期望的從發(fā)電廠控制器200輸入。先決條件是，在M〈1的情況下，施加至旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩具有稍小于理想扭矩的值。旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速稍微地增大至相比理想扭矩的情況的對應(yīng)量。因此，可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速以響應(yīng)風(fēng)速的快速改變。先決條件是，強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速不高于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的允許的風(fēng)速范圍的上限。允許的風(fēng)速范圍為其中轉(zhuǎn)子2能夠正常地運(yùn)行而不會(huì)使其超轉(zhuǎn)的風(fēng)速范圍，并且通常設(shè)置得高于額定的風(fēng)速范圍的上限。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，風(fēng)間歇(M=I)期間理想扭矩稍微偏離最佳扭矩。然而，在強(qiáng)風(fēng)期間由風(fēng)力能轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)能量遠(yuǎn)高于風(fēng)間歇期間轉(zhuǎn)換的能量。因此，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)總體獲得的電力非常多。采用以上的結(jié)構(gòu)是非常有益的。目標(biāo)扭矩確定單元42可以基于環(huán)境溫度傳感器34測量的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度對理想扭矩Ti進(jìn)行校正。例如可以這樣進(jìn)行校正在存儲(chǔ)單元中儲(chǔ)存環(huán)境溫度和理想扭矩Ti的校正值的函數(shù)、根據(jù)環(huán)境溫度獲得理想扭矩Ti的校正值、并將所獲得的校正值加到理想扭矩Ti上。可替代地，可以這樣進(jìn)行校正準(zhǔn)備不止一個(gè)對應(yīng)于環(huán)境溫度的Cp最大值曲線600、根據(jù)環(huán)境溫度選擇適當(dāng)?shù)腃p最大值曲線600、并且基于從所選定的Cp最大值曲線600獲得的理想扭矩Ti來確定目標(biāo)扭矩。技術(shù)上來說,風(fēng)力能由風(fēng)流量(質(zhì)量流量)和風(fēng)速確定。隨著風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度的改變，空氣密度改變。這改變了空氣的質(zhì)量。因此，基于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的環(huán)境溫度來校正理想扭矩Ti,以根據(jù)環(huán)境溫度獲得適當(dāng)?shù)睦硐肱ぞ亍＝又?，泵目?biāo)輸出確定單元43通過將轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速\乘以理想扭矩Ti或調(diào)整后的理想扭矩MTi,來確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率s (步驟S3)。液壓泵的目標(biāo)輸出功率s可以基于液壓信息來確定，其中液壓信息例如選擇的液壓泵12的凈排量(net rate of displacement)和高壓油路中的油壓Ps。泵目標(biāo)輸出校正單元44可以基于來自發(fā)電廠控制器200的功率需求指令Sd獲得的輸出校正值功率β ，對液壓泵的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正(步驟4)。通常，不止一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I安裝在風(fēng)力發(fā)電廠中，并且發(fā)電廠控制器200設(shè)置成控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I整體。發(fā)電廠控制器200能夠與不止一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)12通信。發(fā)電廠控制器200接收來自風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的各種測量信號，并將各種控制信號傳送至風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I。例如，測量信號為來自測量裝置31至36的測量信號，例如高壓油路中的油壓Ps、旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I、液壓馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速Wm、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I周圍的風(fēng)速或環(huán)境溫度以及工作流體的油溫。
控制信號包括功率需求指令Sd。功率需求指令Sd為關(guān)于從風(fēng)力發(fā)電廠的總的功率需求量分配給每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的功率需求量的信號。每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的功率需求量可以被設(shè)定，從而獲得固定的功率輸出，或者風(fēng)力發(fā)電廠總體高效的發(fā)電、或者考慮例如高油壓和其它風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的功率輸出的變化。馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45通過借助于一階低通濾波器對液壓泵12的目標(biāo)輸出功率^進(jìn)行校平，來確定液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^ (步驟S5)。接著,馬達(dá)需求量確定單元46計(jì)算液壓泵12的扭矩余量(headroomtorque)Th(步驟S6)。扭矩余量限定了液壓泵12在突然的強(qiáng)風(fēng)或風(fēng)力增大期間必須能夠立刻施加至旋轉(zhuǎn)軸8以適當(dāng)?shù)乜刂妻D(zhuǎn)速的最小扭矩。扭矩余量Th為液壓泵的轉(zhuǎn)速的函數(shù)，并且稍后參考圖7詳細(xì)地描述了其特性。旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩為所選擇的液壓泵12的凈排量與高油壓的乘積。這樣，根據(jù)能夠?yàn)橐簤罕?2設(shè)定的排量的最大值Dmax和扭矩余量Th計(jì)算出油壓Ps的最小值Pmin (步驟S7)。最小值Pmin限定了高壓油路16中油壓Ps的容許范圍的下限。油壓Ps的最小值Pmin和作為容許范圍上限的最大值Dmax以及液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出和液壓馬達(dá)的校平后的目標(biāo)輸出中的一個(gè)，用于根據(jù)參考圖8所描述的函數(shù)計(jì)算可變的增益Kp，稍后描述所述函數(shù)(步驟S8)。同時(shí)，計(jì)算高壓油路16中的目標(biāo)油壓Pd (步驟S9)。目標(biāo)油壓Pd為使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I能夠運(yùn)行在最佳狀態(tài)的壓力，并且根據(jù)稍后描述的參考圖9描述的函數(shù)獲得。接著，馬達(dá)需求量確定單元46計(jì)算液壓馬達(dá)14的排量的名義需求量Dn(步驟S10)。名義需求量Dn根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀36測量的液壓馬達(dá)14的測量轉(zhuǎn)速Wm、壓力測量儀31測量的高壓油路中的測量油壓Ps和液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^來計(jì)算。在該過程中，通過目標(biāo)輸出功率^^除以轉(zhuǎn)速Wm和油壓Ps來計(jì)算名義需求量Dn，從而獲得了使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速固定不變的這種名義需求量Dn。馬達(dá)需求量確定單元46獲得了液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db(步驟Sll)。通過將油壓Ps和目標(biāo)壓力Pd之間的差值乘以步驟S9中獲得的可變的增益Kp，來計(jì)算需求量校
正值Db。
然后，根據(jù)名義需求量Dn和需求量校正值Db的和來計(jì)算液壓馬達(dá)14的排量需求fiDm (步驟 S12)。泵需求量校正單元可以基于油溫傳感器35測量的高壓油路16中的油溫，對液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm進(jìn)行校正。這樣，液壓馬達(dá)14能夠在考慮工作流體的熱膨脹的情況下進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂?。馬達(dá)控制器48將液壓馬達(dá)14的排量調(diào)節(jié)為上述確定的液壓馬達(dá)的排量需求量Dm。現(xiàn)在參考圖4闡述馬達(dá)控制器48如何調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)14的排量。在液壓馬達(dá)14中，液壓泵12產(chǎn)生的高壓油路16和低壓油路18之間的壓差致使活塞92周期性地上下移動(dòng)，以重復(fù)活塞92從上死點(diǎn)開始抵達(dá)下死點(diǎn)的致動(dòng)循環(huán)和活塞從下死點(diǎn)開始抵達(dá)上死點(diǎn)的排出循環(huán)。
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馬達(dá)控制器48改變禁用油腔的數(shù)目，以獲得液壓馬達(dá)14的期望排量Dm，所述禁用的油腔被保持為，在液壓馬達(dá)14的活塞92從下死點(diǎn)開始抵達(dá)上死點(diǎn)然后返回下死點(diǎn)的循環(huán)期間，液壓馬達(dá)14的高壓閥96被關(guān)閉，而液壓馬達(dá)14的低壓閥98保持打開。具體地，馬達(dá)控制器48根據(jù)以下描述的公式由液壓馬達(dá)14的排量Dm來設(shè)定禁用腔的數(shù)目。液壓馬達(dá)14被根據(jù)以下公式控制。(公式)排量D111=VniXFdm在公式5中，Vm為所有的缸90的總?cè)萘?，F(xiàn)dm為工作腔與所有的油腔93的比值。Fdffl可以經(jīng)過一段時(shí)間來確定，使得Fdm為工作腔與所有的油腔的比值的短期平均值。這里，液壓馬達(dá)14的“禁用腔”為在活塞92從上死點(diǎn)開始抵達(dá)下死點(diǎn)的致動(dòng)行程期間不從高壓油路16向其供給工作油的油腔93，而液壓馬達(dá)14的“工作腔”為在活塞92從上死點(diǎn)開始抵達(dá)下死點(diǎn)的致動(dòng)行程期間從高壓油路16向其供給工作油的油腔93。在活塞92完成一組向上和向下運(yùn)動(dòng)的每個(gè)循環(huán)中，每個(gè)油腔93的狀態(tài)(工作腔或禁用腔)能夠被切換。因此，通過改變禁用腔與所有的油腔93的比值，能夠及時(shí)地改變液壓馬達(dá)14的排量。可替代地，馬達(dá)控制器48可以在活塞循環(huán)期間改變高壓閥打開的時(shí)間，來調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)14的排量。參考圖6說明控制單元40的信號流。圖6對應(yīng)于圖5中所描述的算法的流程圖。首先，理想扭矩確定單元41根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速%確定理想扭矩Ti。在該過程中，轉(zhuǎn)速I和目標(biāo)扭矩(理想扭矩Ti)的函數(shù)600用來確定功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲蟮睦硐肱ぞ胤?。目?biāo)扭矩確定單元42基于理想扭矩確定單元41獲得的理想扭矩Ti來確定液壓泵12的目標(biāo)扭矩Td。在該過程中，理想扭矩確定單元42通過將理想扭矩確定單元41所獲得的理想扭矩Ti乘以比例因子M，來計(jì)算調(diào)節(jié)的理想扭矩MTitl如所描述的一樣確定的調(diào)節(jié)的理想扭矩MTi可以用作目標(biāo)扭矩Td。比例因子M可以是O至I之間的任意數(shù)字，并優(yōu)選地在O. 9至I之間。通過將理想扭矩Ti乘以比例因子M，調(diào)節(jié)的理想扭矩MTi稍微小于理想扭矩Ti,從而將轉(zhuǎn)速減小了對應(yīng)的量。因此，旋轉(zhuǎn)軸8在強(qiáng)風(fēng)期間更塊地加速，相比沒有使用比例因子M的情況，從而獲得更多的電力。
另一方面，比例因子M致使旋轉(zhuǎn)軸8更慢地減速，由此在風(fēng)間歇期間偏離其最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)行。然而，跟蹤強(qiáng)風(fēng)所獲得的額外的電力遠(yuǎn)大于風(fēng)間歇期間由于次最佳運(yùn)行導(dǎo)致的電力損失。通過使用比例因子M來調(diào)節(jié)理想扭矩Ti,當(dāng)風(fēng)力能增大時(shí)可以抽取更多的風(fēng)力能，從而改善了發(fā)電。泵目標(biāo)輸出確定單元43通過將轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速W,乘以調(diào)節(jié)的理想扭矩MTi,來確定液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s。液壓泵的目標(biāo)輸出功率8可以基于液壓信息來確定，所述液壓信息例如為選擇的液壓泵12的凈排量和高壓油路中的油壓Ps。泵目標(biāo)輸出校正單元44借助于調(diào)節(jié)器110基于來自發(fā)電廠控制器200的功率需求指令Sd，計(jì)算輸出校正值“功率^/’。然后，泵目標(biāo)輸出校正單元通過將輸出校正值“功率β ”加到液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s上而對目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正。功率需求指令Sd從風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)所屬的風(fēng)力發(fā)電廠以上述方式輸入泵目標(biāo)輸出校正單元44。以此方式，基于功率需求指令Sd對目標(biāo)扭矩Td進(jìn)行校正，從而根據(jù)需求量獲得功率輸出。
馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45通過借助于一階低通濾波器形式的校平模塊對液壓泵12的目標(biāo)輸出功率8進(jìn)行校平，來計(jì)算液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率接著，通過液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^除以油壓傳感器31測量的測量油壓Ps和轉(zhuǎn)速測量儀36測量的液壓馬達(dá)14的測量轉(zhuǎn)速Wm，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45計(jì)算液壓馬達(dá)14的名義需求量Dn。同時(shí)，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45計(jì)算的馬達(dá)目標(biāo)輸出功率輸入到馬達(dá)需求量校正單元47。馬達(dá)需求量校正單元47包括壓力反饋控制器120，其通過使用可變的增益Kp來計(jì)算液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db。高壓油路中的油壓Ps、可變的增益Kp和根據(jù)圖9的目標(biāo)壓力函數(shù)(802、812、820)由目標(biāo)輸出功率馬達(dá)獲得的目標(biāo)壓力Pd被輸入壓力反饋控制器120，以獲得用于校正名義需求量Dn的液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db。根據(jù)圖8描述的可變增益函數(shù)700，基于當(dāng)前油壓Ps處于容許范圍內(nèi)以及處于容許范圍的第一和第二范圍內(nèi)何處計(jì)算可變的增益Kp。所述容許范圍由油的高油壓的最大值Pmax和最小值Pmin限定。在該過程中，通過扭矩余量Th除以可為液壓泵14設(shè)定的最大泵需求量Dmax來計(jì)算最小值Pmin。稍后參考圖7詳細(xì)描述扭矩余量Th。液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm為名義需求量Dn和需求量校正值Db的和。該優(yōu)選實(shí)施例示出為具有用于壓力反饋控制器120的比例控制器和用于校平模塊112的一階低通濾波器。還可以形成替代實(shí)施例。例如，壓力反饋控制器120可以是比例積分控制器(PI控制器)，校平模塊112和名義需求量Dn可以被一起移除。在這樣的情況中，比例積分控制器是從一組備選控制器選出的，以增強(qiáng)輸出對輸入的跟蹤。當(dāng)積分增益足夠低時(shí)，控制器用于校平風(fēng)力能以產(chǎn)生校平的馬達(dá)需求量校正值Db。圖7示出了作為旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速(W^ 599)的函數(shù)600的氣動(dòng)理想扭矩(T，598)。函數(shù)600用于通過理想扭矩確定單元確定理想扭矩1\。理想扭矩Ti為相對于旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I使功率系數(shù)Cp變成最大值的扭矩。當(dāng)風(fēng)速升高至風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I開始運(yùn)行的接通速度時(shí)，葉片回槳(unfeathered)并且任何機(jī)械制動(dòng)都被釋放。當(dāng)轉(zhuǎn)速W1^小于最小速度時(shí)(601,圖7中的部分I)，理想扭矩大致為0，并且發(fā)電機(jī)加速達(dá)到最小速度，泵不施加任何扭矩。在部分II中，預(yù)先設(shè)定的增大扭矩剖面致使控制器單元命令液壓泵施加增大的力，以穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的速度。用于具有固定葉片俯仰的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的最佳扭矩是風(fēng)速或轉(zhuǎn)子速度平方的函數(shù)。在對應(yīng)于固定葉尖速比范圍的部分III中，理想扭矩曲線沿著該最佳剖面使葉片俯仰至其最佳氣動(dòng)俯仰角。在部分IV中，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最大運(yùn)行速度附近，扭矩曲線變?yōu)槎盖偷木€性函數(shù)直至最大壓力源的扭矩(額定的扭矩)。部分IV的目標(biāo)在于，通過扭矩斜線上升至實(shí)質(zhì)高于固定速度的其最大值603，來限制發(fā)電機(jī)的速度。在部分V中，從風(fēng)力能輸入的扭矩到達(dá)其最大的扭矩輸出值，并且發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最大速度。在該區(qū)域中，通過實(shí)施俯仰控制來主動(dòng)地控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且泵提供固定(最大)的輸出扭矩。圖7中用虛線示出了扭矩余量曲線610。在部分III中，扭矩余量示出為從最佳潤輪扭矩等距偏移的二次函數(shù)，不過也可以是根據(jù)其他變量而不是旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I的另外的函數(shù)。使用期間可以根據(jù)風(fēng)況改變，例如關(guān)于強(qiáng)風(fēng)或風(fēng)間歇能的預(yù)期，基于歷史經(jīng)驗(yàn)或目前狀況調(diào)節(jié)扭矩余量曲線610。
圖8示出了作為壓力P702的函數(shù)的典型的壓力反饋控制器增益&700。高壓油路中容許范圍的最小值Pmin如剛才描述的一樣隨著旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速變化。圖8示出了在低速704時(shí)的特性Kp函數(shù)和在高速706時(shí)的特性Kp函數(shù)。通過這樣的方式，容許范圍(由Pmin至Pmax限定)隨著旋轉(zhuǎn)軸的當(dāng)前轉(zhuǎn)速變化。當(dāng)液壓油的壓力小于Pmin 708、710時(shí)，可變的增益Kp設(shè)定為最大增益1(_。在高壓總管中的最大壓力Pmax 714以上，可變的增益Kp設(shè)定為最大增益1(_。因此，當(dāng)壓力處于容許范圍外時(shí)，馬達(dá)排量Dm的凈值被嚴(yán)格地控制，以使壓力處于容許范圍內(nèi)。在位于Pmin和Pmax之間但不延伸至Pmin和Pmax任一個(gè)的第一范圍716上，可變的增益Kp為固定的Kmin。在這樣的情況下，可變的增益Kp的最小值Kmin不是0，但是足夠小，使得壓力基本上沒有被調(diào)整。這具有的益處是，當(dāng)高油壓位于第一范圍內(nèi)時(shí)，壓力能夠變化很大以吸收能量至蓄能器或從其提取能量，同時(shí)仍然趨向于收斂至目標(biāo)壓力。換句話說，獨(dú)立于高油壓選擇液壓馬達(dá)的工作流體的凈排量?？勺兊脑鲆鍷p在其中改變的第二范圍位于第一范圍716與最小值Pmin以及最大值Pmax之間。在第二范圍的最小值側(cè)720和最大值側(cè)722上，可變的增益Kp從Kmin線性地增加至Kmax。因此，當(dāng)高油壓接近容許范圍的下限Pmin或上限Pmax時(shí)，壓力調(diào)整的力度會(huì)逐漸增強(qiáng)。這樣具有的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)馬達(dá)的凈排量Dm被嚴(yán)格地控制以將高油壓保持在容許范圍內(nèi)時(shí)，在使用中減小了高油壓抵達(dá)那些極限中的任一個(gè)的可能性。圖9示出了本發(fā)明可以實(shí)施的示例類型的目標(biāo)壓力函數(shù)。目標(biāo)壓力函數(shù)限定了用于壓力反饋控制器120的目標(biāo)壓力，其為能量流或低通濾波形式800的波動(dòng)的函數(shù)。函數(shù)的形狀由很寬范圍的變量來確定，以下將進(jìn)行闡述。虛線802示出了第一目標(biāo)壓力函數(shù)，其中目標(biāo)壓力在橫跨O功率與第一功率的第一區(qū)域(I)中等于或剛好大于固定的最小值壓力pac;c;,min 804，目標(biāo)壓力在橫跨第四功率810與最大額定功率功率馬達(dá),_的第五區(qū)域(V)中等于固定的最大壓力Pniax 808，而在第一區(qū)域和第五區(qū)域之間隨著功率線性地增加。最小預(yù)加壓壓力Pac;c;,min為壓力的下限，在該壓力下不足以柔順地流體連接至高壓油路，即小于蓄能器的預(yù)加壓壓力。最大壓力Pmax指的是在考慮部件壽命和減壓閥的設(shè)置的情況下，加壓液壓油的最大允許運(yùn)行壓力。因此，目標(biāo)壓力響應(yīng)蓄能器、馬達(dá)和液壓泵、波動(dòng)的能量流的特性。第一目標(biāo)壓力函數(shù)提供的益處是，在高功率狀況(即第五區(qū)域V中)確保為泵提供施加最大扭矩至轉(zhuǎn)子(包括旋轉(zhuǎn)軸8)的足夠壓力。第一目標(biāo)壓力函數(shù)還進(jìn)一步提供的益處是，確保在轉(zhuǎn)子動(dòng)能較低的第一區(qū)域(I)中，壓力保持得足夠低，使得泵啟動(dòng)單獨(dú)的工作腔吸收的相關(guān)能量不足以施加太大的扭矩至風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的葉片或其它部分上，然而壓力仍然大于最小允許壓力P—。用實(shí)線示出了第二目標(biāo)函數(shù)812。該函數(shù)在區(qū)域I和V中與第一目標(biāo)壓力函數(shù)相似，但是還包括目標(biāo)壓力為最佳壓力P最佳818的橫跨第二功率814至第三功率816的第三區(qū)域(III)，以及分別橫跨第一功率至第二功率以及第三功率至第四功率的第二區(qū)域(II)和第四區(qū)域(IV)，其在相鄰的區(qū)域之間的目標(biāo)壓力中提供了平穩(wěn)的改變。最佳壓力
液壓泵和液壓馬達(dá)(以及所有其它的液壓部件)一起以最佳液壓效率工作的壓力。？》(^可 以通過實(shí)驗(yàn)、模擬或計(jì)算或其任意組合找到。泵和馬達(dá)中的至少一個(gè)可以設(shè)計(jì)為在Piii上為最佳效率，其可以由設(shè)計(jì)者選擇。因此，目標(biāo)壓力響應(yīng)液壓馬達(dá)、液壓泵和波動(dòng)的能量流的特性。第二目標(biāo)壓力提供的益處是，確保傳動(dòng)盡可能地在最佳壓力上進(jìn)行并由此確保能量產(chǎn)出率最大化。圖9中以虛線示出了第三目標(biāo)壓力函數(shù)820。該函數(shù)限定了在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率吞吐量水平的主要部分上，靠近最小系統(tǒng)壓力而不是最大值的目標(biāo)壓力。第三目標(biāo)壓力函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，蓄能器一般處于較低的加壓狀態(tài)以最大化接收來自強(qiáng)風(fēng)的能量的可用存儲(chǔ)空間，并且還使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行高速的流體流，而不是高壓，其可以如期望地減小振動(dòng)和噪聲或增加了風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的壽命。執(zhí)行的具體目標(biāo)壓力函數(shù)可以在逐秒基礎(chǔ)上相對于其它參數(shù)改變，其它參數(shù)例如根據(jù)外部源估算的吞吐量功率、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的部件的效率和估算壽命、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的開始或停止的需求或風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的任意其它期望的運(yùn)行模式。例如，當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)不大時(shí)，控制單元選擇第二目標(biāo)壓力函數(shù)812，使得為了液壓效率壓力被典型地優(yōu)化，然而當(dāng)風(fēng)為強(qiáng)風(fēng)時(shí)，控制單元選擇第三目標(biāo)壓力函數(shù)820，使得蓄能器能夠吸收強(qiáng)風(fēng)的能量。因此，根據(jù)預(yù)期從波動(dòng)能量源接收的能量，目標(biāo)壓力以一定速率改變(減小)，該速率將致使高壓油路中的壓力超過一閾值(輸入上第二范圍720)。在另一個(gè)示例中，控制單元可以在第二目標(biāo)壓力函數(shù)(812)結(jié)束后選擇第三目標(biāo)壓力函數(shù)(820)以響應(yīng)探測到少量的泄漏，這是因?yàn)榈谌繕?biāo)壓力函數(shù)保持使泄漏相對不嚴(yán)重的較低壓力，并且還不太可能弓I起主要的失效。當(dāng)然控制單元可以將任意目標(biāo)壓力函數(shù)混合到一起，以產(chǎn)生在任何狀況和位置優(yōu)化的不限數(shù)目的變量。如上所述，在所述優(yōu)選實(shí)施例中，馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45基于液壓泵12的目標(biāo)輸出功率g來確定液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率，基于其進(jìn)行馬達(dá)控制。因此，可以獲得液壓泵12的期望輸出。馬達(dá)需求量確定單元46基于液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^確定液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速保持不變，并且馬達(dá)控制器48將液壓馬達(dá)14的排量調(diào)節(jié)為確定的排量需求量Dm。因此，即使液壓泵14的目標(biāo)輸出被改變，也可以將發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速保持為相同。結(jié)果，發(fā)電機(jī)20可以產(chǎn)生固定頻率的電力。目標(biāo)扭矩確定單元42基于功率系數(shù)變?yōu)樽畲笾档男D(zhuǎn)軸8的理想扭矩確定液壓泵12的目標(biāo)扭矩Tp，并且泵目標(biāo)輸出確定單元45基于目標(biāo)扭矩確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率^。因此，可以保持風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的發(fā)電效率。在理想扭矩確定單元41中，基于轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速獲得理想扭矩，從而風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了高效發(fā)電。轉(zhuǎn)速測量儀32能夠非常精確地測量旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速，并且因此通過基于旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速來確定理想扭矩，使液壓馬達(dá)14能夠被適當(dāng)?shù)乜刂?。還可以使用多個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速的平均值。在這樣的情況下，可以提高確定理想扭矩的精度，并且還可以消除轉(zhuǎn)速測量儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲。泵目標(biāo)輸出校正單元44基于來自發(fā)電廠控制器200的功率需求指令Sd，對液壓泵12的目標(biāo)輸出功率8進(jìn)行校正。結(jié)果，能夠根據(jù)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I實(shí)際需要的電力來合適地進(jìn)行發(fā)電。通過校平液壓泵12的目標(biāo)輸出功率s可以獲得液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率結(jié)果，即使當(dāng)液壓泵12的輸出劇烈地改變時(shí)，液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出也平穩(wěn)地改變，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)20穩(wěn)定運(yùn)行。·通過液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^除以高油壓Ps，馬達(dá)需求量確定單元46確定液壓馬達(dá)14的名義需求量Dn，從而獲得了保持發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速不變的名義馬達(dá)需求量Dn。在該過程中，馬達(dá)需求量確定單元46獲得了用于調(diào)節(jié)高油壓Ps的液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db，并且所獲得的需求量校正值Db加到名義馬達(dá)需求量Dn上，以確定液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm。結(jié)果，高油壓Ps被確實(shí)地調(diào)節(jié)成更加接近目標(biāo)壓力Pd。當(dāng)獲得液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db時(shí)，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置根據(jù)油壓Ps變化的可變的增益κρ，高油壓Ps能夠更接近目標(biāo)扭矩Pd。在該過程中，通過根據(jù)圖8中所描述的可變的增益函數(shù)獲得可變的增益Kp，高油壓Ps能夠被保持在容許范圍內(nèi)。此外，依據(jù)是否應(yīng)該校正液壓馬達(dá)14的需求量排量Dm，可以適當(dāng)?shù)卮_定液壓馬達(dá)14的需求量校正值Db?？梢曰谛D(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速和可為液壓泵12設(shè)置的最大排量Dmax來確定容許范圍的最小值Pmin，從而適當(dāng)?shù)卦O(shè)置容許范圍的最小值Pmin，其對馬達(dá)控制來說是一個(gè)很重要的因素。盡管已經(jīng)參考示例性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種改變。例如，以上的優(yōu)選實(shí)施例使用本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的示例情形。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于潮流發(fā)電機(jī)。這里提及的潮流發(fā)電機(jī)為安裝在諸如海洋、河流、湖泊之類的地方利用潮流能的發(fā)電機(jī)。除了轉(zhuǎn)子2是由潮流轉(zhuǎn)動(dòng)而不是風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)外，潮流發(fā)電機(jī)具有與風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I相同的基本結(jié)構(gòu)。潮流發(fā)電機(jī)包括由潮流轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子2、用于增加轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)速的液壓傳動(dòng)裝置10、用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)20和用于控制潮流發(fā)電機(jī)的每個(gè)單元的控制單元40。這里，潮流發(fā)電機(jī)的控制單元40基于液壓泵12的目標(biāo)輸出功率^來計(jì)算液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率^^,基于目標(biāo)輸出功率^^來確定液壓馬達(dá)14的排量需求量D111,并將液壓馬達(dá)14的排量調(diào)整為排量需求量Dm。因此，可以獲得期望的液壓馬達(dá)輸出，從而提高了發(fā)電效率。
在所述優(yōu)選實(shí)施例中，闡述了示例性的情況，其中基于轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I獲得了功率系數(shù)變?yōu)樽畲笾档睦硐肱ぞ?\。然而，這不是限制性的，還可以通過以下描述的替代方法獲得理想扭矩凡。作為第一替代方法，可以基于根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速估算的風(fēng)速來獲得理想扭矩Ti。在這樣的情況中，使用圖10和圖11中所示的Cp最大值曲線。(；最大值曲線儲(chǔ)存在控制單元40的存儲(chǔ)單元49中。圖10示出了 Cp最大值曲線900，其中風(fēng)速V位于水平軸上，旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速％位于豎直軸上。圖11示出了 Cp最大值曲線902，其中旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I位于水平軸上，液壓泵12的目標(biāo)扭矩位于豎直軸上。如果運(yùn)行狀態(tài)中功率系數(shù)Cp保持為最大值，那么基于圖10所示的Cp最大值曲線900獲得對應(yīng)于測量轉(zhuǎn)速I的風(fēng)速V。并且根據(jù)圖11所示的Cp最大值曲線902獲得對應(yīng)于上述估算的風(fēng)速V的液壓泵12的理想扭矩Ti。圖11示出了當(dāng)估算風(fēng)速V* V2時(shí)確定液壓泵12的理想扭矩Ti的示例性情況。
以此方式，基于從轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速估算的風(fēng)速獲得理想扭矩Ti，從而提高了風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的發(fā)電效率。當(dāng)根據(jù)測量轉(zhuǎn)速估算風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速可以被非常精確地估算，從而準(zhǔn)確地控制液壓馬達(dá)。可以使用不止一個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的測量轉(zhuǎn)速的平均值。在這樣的情況中，提高了理想扭矩的計(jì)算精度，并且還消除了轉(zhuǎn)速測量儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲。在第二個(gè)替代方法中，可以基于風(fēng)速儀33測量的風(fēng)速獲得理想扭矩凡。風(fēng)速儀33測量風(fēng)速，基于該風(fēng)速獲得理想扭矩，從而提高了風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)I的發(fā)電效率。由于直接由風(fēng)速儀33測量風(fēng)速，因此可以容易地計(jì)算理想扭矩?？梢允褂貌恢挂粋€(gè)風(fēng)速儀33測量的測量風(fēng)速的平均值。在這樣的情況中，提高了理想扭矩的計(jì)算精度，并且還能夠消除風(fēng)速儀本身、外部因素等導(dǎo)致的噪聲。附圖標(biāo)記I風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)2 轉(zhuǎn)子4 葉片6 輪轂8旋轉(zhuǎn)軸10液壓傳動(dòng)裝置12液壓泵14液壓馬達(dá)16高壓油路18低壓油路20發(fā)電機(jī)22 機(jī)艙24 塔架26 基座31壓力測量儀32轉(zhuǎn)速測量儀
33風(fēng)速儀34環(huán)境溫度傳感器35油溫傳感器36轉(zhuǎn)速測量儀40控制單元41理想扭矩確定單元42目標(biāo)扭矩確定單元43目標(biāo)扭矩校正單元
44泵需求量確定單元45泵需求量校正單元46泵控制器47存儲(chǔ)單元50 電網(wǎng)52激勵(lì)器54電網(wǎng)狀態(tài)判定單元60 旁路62減壓閥64抗脈動(dòng)蓄能器66油過濾器68油冷卻器70 油箱72補(bǔ)給管路74增壓泵76油過濾器78返回管路79低壓減壓閥110調(diào)節(jié)器112校平模塊120壓力反饋控制器600Cp最大值曲線610扭矩余量曲線8O2, 8I2, 82O目標(biāo)壓力函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用可再生能源發(fā)電的可再生能類型的發(fā)電裝置，包括 旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動(dòng)； 液壓泵，該液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)； 液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動(dòng)； 發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)聯(lián)接至液壓馬達(dá)； 高壓油路，液壓泵的出口側(cè)通過該高壓油路與液壓馬達(dá)的入口側(cè)流體連通； 低壓油路，液壓泵的入口側(cè)通過該低壓油路與液壓馬達(dá)的出口側(cè)流體連通； 馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元，該馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率s來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率; 馬達(dá)需求量確定單元，該馬達(dá)需求量確定單元確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定；和 馬達(dá)控制器，該馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 目標(biāo)扭矩確定單元，該目標(biāo)扭矩確定單元基于功率系數(shù)變成最大值的旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩確定液壓泵的目標(biāo)扭矩Tp ;和 泵目標(biāo)輸出確定單元，該泵目標(biāo)輸出確定單元基于目標(biāo)扭矩確定單元所確定的液壓泵的目標(biāo)扭矩Tp來確定液壓泵的目標(biāo)輸出功率泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 轉(zhuǎn)速測量儀，該轉(zhuǎn)速測量儀測量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；和 理想扭矩確定單元，該理想扭矩確定單元根據(jù)測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中設(shè)置有多個(gè)轉(zhuǎn)速測量儀，并且 其中理想扭矩確定單元根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的平均值來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 轉(zhuǎn)速測量儀，該轉(zhuǎn)速測量儀測量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；和 理想扭矩確定單元，該理想扭矩確定單元根據(jù)可再生能源的能量流的估算速度來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩，其中可再生能源的能量流的估算速度根據(jù)測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來估笪ο
6.根據(jù)權(quán)利要求5的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中設(shè)置有多個(gè)流速測量儀，并且 其中所述能量流的估算流速根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的平均值來估算。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 速度測量儀，該速度測量儀測量可再生能源的能量流的速度；和 理想扭矩確定單元，該理想扭矩確定單元根據(jù)測量的能量流的速度來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中設(shè)置有多個(gè)速度測量儀，并且其中理想扭矩確定單元根據(jù)速度測量儀測量的能量流的速度的平均值來確定旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 泵目標(biāo)輸出校正單元，該泵目標(biāo)輸出校正單元基于來自可再生能類型的發(fā)電裝置所屬的發(fā)電廠的發(fā)電廠控制器的功率需求指令，對液壓泵的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元包括低通濾波器，該低通濾波器對液壓泵的目標(biāo)輸出功率s進(jìn)行校平，以獲得液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率
11.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中馬達(dá)需求量確定單元基于名義馬達(dá)需求量Dn來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，其中該名義馬達(dá)需求量Dn通過液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率^^除以液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和高壓油路中的油SPs而得到。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中馬達(dá)需求量確定單元獲得了用于將高壓油路中的油壓Ps向著目標(biāo)油壓Pd調(diào)節(jié)的需求量校正值Db，該目標(biāo)油壓Pd基于液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率^^確定，并且 其中馬達(dá)需求量確定單元根據(jù)名義馬達(dá)需求量Dn與需求量校正值Db的和來確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中馬達(dá)需求量確定單元通過將油壓匕和目標(biāo)油壓Pd之間的差值乘以可變的增益κρ，獲得了需求量校正值Db，其中可變的增益Kp根據(jù)油壓Ps變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中可變的增益Kp設(shè)置成當(dāng)油壓Ps不高于高壓油路中的油壓的容許范圍的最小值Pmin或不低于容許范圍的最大值Pmax時(shí)，可變的增益Kp為最大值Kmax ;并且當(dāng)油壓Ps位于高壓油路中的油壓的容許范圍的最小值Pmin和最大值Pmax之間時(shí)，油壓Ps變得越接近最小值Pniin或最大值Pniax,可變的增益Kp增加越多。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中基于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和可為液壓泵設(shè)置的最大排量Dmax來確定容許范圍的最小值Pmin°
16.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 環(huán)境溫度傳感器，該環(huán)境溫度傳感器測量發(fā)電裝置的環(huán)境溫度， 其中基于測量的環(huán)境溫度對旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩進(jìn)行校正。
17.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能類型的發(fā)電裝置，還包括 油溫傳感器，該油溫傳感器測量高壓油路中的油溫；和 馬達(dá)需求量校正單元，該馬達(dá)需求量校正單元基于高壓油路中的測量的油溫對液壓馬達(dá)的排量需求量Dm進(jìn)行校正。
18.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能類型的發(fā)電裝置， 其中所述發(fā)電裝置為通過為可再生能源的風(fēng)發(fā)電的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
19.一種可再生能類型的發(fā)電裝置的運(yùn)行方法，所述發(fā)電裝置包括旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動(dòng)；液壓泵，該液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動(dòng)；發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)聯(lián)接至液壓馬達(dá)；高壓油路，液壓泵的出口側(cè)通過該高壓油路與液壓馬達(dá)的入口側(cè)流體連通；和低壓油路，液壓泵的入口側(cè)通過該低壓油路與液壓馬達(dá)的出口側(cè)流體連通，所述方法包括以下步驟 基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率s來確定液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率確定液壓馬達(dá)的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定；和將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所確定的排量需求量Dm。
全文摘要
鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種可再生能類型的發(fā)電裝置以及運(yùn)行這樣的裝置的方法，該裝置能夠獲得期望的液壓馬達(dá)輸出和穩(wěn)定的發(fā)電而不考慮可再生能的變化。所述用可再生能源發(fā)電的發(fā)電裝置包括旋轉(zhuǎn)軸8，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動(dòng)；變量式液壓泵12，該液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸8驅(qū)動(dòng)；液壓馬達(dá)14，該液壓馬達(dá)由液壓泵12供給的增壓油驅(qū)動(dòng)；發(fā)電機(jī)20，該發(fā)電機(jī)聯(lián)接至液壓馬達(dá)14；高壓油路16，液壓泵12的出口側(cè)通過該高壓油路與液壓馬達(dá)14的入口側(cè)流體連通；低壓油路18，液壓泵12的入口側(cè)通過該低壓油路與液壓馬達(dá)的出口側(cè)流體連通；馬達(dá)目標(biāo)輸出確定單元45，其基于液壓泵的目標(biāo)輸出功率泵來確定液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率馬達(dá)；馬達(dá)需求量輸出確定單元46，其基于液壓馬達(dá)14的目標(biāo)輸出功率馬達(dá)確定液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm，使得發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速恒定；和馬達(dá)控制器48，該馬達(dá)控制器將液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)為所述排量需求量Dm。
文檔編號F03D9/00GK102884312SQ201180023090
公開日2013年1月16日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者一瀬秀和, 堤和久, 清水將之, N.考德威爾, D.杜姆諾夫, W.拉姆彭, S.萊爾德, V.帕帕拉 申請人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社