專利名稱：可再生能源類型的發(fā)電裝置及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再生能源類型的發(fā)電裝置和該可再生能源類型的發(fā)電裝置的運行方法，其中發(fā)電裝置經(jīng)由液壓傳動裝置將從可再生能源獲得的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能傳送至發(fā)電機，所述液壓傳動裝置為液壓泵和液壓馬達(dá)的組合。
背景技術(shù)：
近些年來，從保護環(huán)境的觀點看，使用可再生能源類型的發(fā)電裝置將變得越來越普遍，其中可再生能源類型的發(fā)電裝置例如為利用風(fēng)力的風(fēng)力渦輪發(fā)電機和利用潮流的潮流發(fā)電機。這些可再生能裝置傳統(tǒng)上使用變速箱形式的傳動裝置，將輸入可再生能源的動能的能量抽取機構(gòu)的較低的輸入速度改變成較高的輸出速度，以驅(qū)動發(fā)電裝置，其中能量抽 取機構(gòu)例如風(fēng)或潮汐渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。例如，在普通的風(fēng)力渦輪發(fā)電機中，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，因此需要機械式變速箱。因此，機械式變速箱設(shè)置在轉(zhuǎn)子和發(fā)電機之間。具體地，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速通過變速箱增大至發(fā)電機的額定速度，并然后輸入至發(fā)電機。這樣的變速箱形式的傳動裝置對設(shè)計和建造都是一個挑戰(zhàn)，因為其容易失效，并且維護和替換或維修成本較高。設(shè)計可再生能源類型的發(fā)電裝置的另一個挑戰(zhàn)是，在所有的情形下利用能量抽取機構(gòu)抽取能量的最佳量。最有效的裝置使之這樣實現(xiàn)通過將葉片保持為固定的螺旋角，并在運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源類型的發(fā)電裝置所需要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，作為機械式傳動裝置的替代，配備有液壓傳動裝置的可再生能源類型的發(fā)電裝置正在獲得更多的關(guān)注，其中該液壓傳動裝置采用變量式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，也可以實現(xiàn)靜液壓變比率傳動，而且這樣的靜液壓傳動比變速箱更輕、更堅固、還比直流發(fā)電機驅(qū)動單元更輕。因此，降低了發(fā)電的總成本。例如，專利文獻(xiàn)I描述了一種采用液壓傳動裝置的風(fēng)力渦輪發(fā)電機，其中液壓傳動裝置由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的液壓泵、連接到發(fā)電機的液壓馬達(dá)和布置在液壓泵和液壓馬達(dá)之間的工作油通道構(gòu)成。在該風(fēng)力渦輪發(fā)電機的液壓傳動裝置中，液壓泵包括多組活塞和缸、使活塞在缸中周期性地往復(fù)移動的凸輪以及隨著活塞的往復(fù)移動打開和關(guān)閉的高壓閥和低壓閥。通過將活塞鎖止在上死點，由缸和活塞包圍的工作腔被禁用以改變液壓泵的排量。此外，專利文獻(xiàn)2中公開了一種用于調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的裝置。該裝置包括由轉(zhuǎn)子驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸和由旋轉(zhuǎn)軸帶動的多級泵。每一級具有將該級與共同的流體吸入通路聯(lián)接的吸入裝置和將該級與共同的流體排出通路聯(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。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:US 2010/0040470A專利文獻(xiàn)2: US 4496847B

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在如專利文獻(xiàn)I和2公開的可再生能源類型的發(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?！橹T如風(fēng)力和潮流的自然能，并且發(fā)電可用的能量波動較大。因此，很難以最高效率提取能量。特別地，所述可再生能在較短時間周期中瞬時不穩(wěn)定性較高，必須執(zhí)行控制來響應(yīng)能量的波動以有效地提取能量。專利文獻(xiàn)2建議調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸的扭矩以將旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速保持在一定的范圍內(nèi)，在該范圍中風(fēng)力能被有效地轉(zhuǎn)化，但是其沒有詳細(xì)地公開如何調(diào)整扭矩。因此仍然沒有建立一種運行控制技術(shù)，來獲得旋轉(zhuǎn)軸的期望扭矩以快速地響應(yīng)可再生能的改變。鑒于以上問題，本發(fā)明的一個目的為提供一種可再生能源類型的發(fā)電裝置以及運行這樣的裝置的方法，該裝置獲得了旋轉(zhuǎn)軸的期望的扭矩以快速地響應(yīng)可再生能的改變。技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種用可再生能源發(fā)電的可再生能源類型的發(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；變量式(variabledisplacement)液壓泵，該變量式液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動；發(fā)電機，該發(fā)電機聯(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；泵需求量確定單元，該泵需求量確定單元基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp;和泵控制器，該泵控制器將液壓泵的排量調(diào)整為確定的排量需求量Dp。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，泵需求量確定單元基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp，并且泵控制器將液壓泵的排量調(diào)整為確定的排量需求量Dp。因此，可以獲得期望的扭矩，即最佳地從可再生能源有效地提取能量的最佳扭矩。具體地，液壓泵的目標(biāo)扭矩被改變以響應(yīng)可再生能源的改變，從而快速地調(diào)節(jié)扭矩以跟隨可再生能源的波動。上述高壓油路中的油壓用于泵控制器，以確定液壓泵的排量需求量Dp。高壓油路中的油壓可以是液壓油的壓力的實際值或設(shè)定值(目標(biāo)壓力)。 上述可再生能源類型的發(fā)電裝置還可以包括目標(biāo)扭矩確定單元，其基于功率系數(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。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。因此，在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中可以保持較高的發(fā)電效率。上述可再生能源類型的發(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。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，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，從而提高了可再生能源類型的發(fā)電裝置單獨發(fā)電效率。旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速能夠用高精度的轉(zhuǎn)速測量儀測量。因此，通過基于測量的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來確定理想扭矩可以適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕?。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地設(shè)置多個轉(zhuǎn)速測量儀，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。以此方式，設(shè)置轉(zhuǎn)速測量儀以提高理想扭矩的計算精度，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?；蛘?，該可再生能源類型的發(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，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)速來估算。 以此方式，基于可再生能源的能量流的估算速度獲得了理想扭矩，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)速來估算。因此，可以提高該可再生能源類型的發(fā)電裝置的發(fā)電效率。所述能量流的速度可以根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀測量的轉(zhuǎn)速的值來估算。因此，可以非常準(zhǔn)確地估算出所述能量流的速度，并可以適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕?。還可以不為發(fā)電裝置構(gòu)造用于測量能量流的速度的流速測量儀，從而降低了成本。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地設(shè)置多個轉(zhuǎn)速測量儀，能量流的估算速度根據(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。以此方式，設(shè)置了轉(zhuǎn)速測量儀，并且能量流的估算速度根據(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，以根據(jù)能量流的速度來計算理想扭矩。因此，可以提高理想扭矩的計算精度，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。所述可再生能源類型的發(fā)電裝置還可以包括測量可再生能源的能量流的速度的流速測量儀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。以此方式，根據(jù)流速測量儀測量的能量流的測量速度來確定理想扭矩。因此，可以提高該可再生能源類型的發(fā)電裝置的發(fā)電效率。此外，還可以通過流速測量儀直接測量速度來獲得高精度的能量流的速度。由此，可以適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕?。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地設(shè)置多個流速測量儀，理想扭矩確定單元根據(jù)流速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)置了流速測量儀，并且根據(jù)流速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。現(xiàn)在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。所述可再生能源類型的發(fā)電裝置還可以包括目標(biāo)扭矩校正單元，該目標(biāo)扭矩校正單元根據(jù)可再生能源的能量流輸入旋轉(zhuǎn)軸的輸入扭矩的估算值減去確定的目標(biāo)扭矩獲得的差值，對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正。該輸入扭矩的估算值由旋轉(zhuǎn)軸的加速扭矩和目標(biāo)扭矩的當(dāng)前值相加的和得到。以此方式，目標(biāo)扭矩校正單元基于可再生能源的能量流輸入旋轉(zhuǎn)軸的輸入扭矩的估算值減去確定的目標(biāo)扭矩獲得的所述差值，對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正。因此，在旋轉(zhuǎn)軸加速或減速期間可以獲得這樣的目標(biāo)扭矩，其縮短了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的期望轉(zhuǎn)速的時間。結(jié)果，可以快速地控制液壓泵以響應(yīng)可再生能的改變。在該可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地目標(biāo)扭矩校正單元通過從目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩減去校正值Ttitt，對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正，其中校正值T 通過所述差值乘以增益G得到。如以上描述的，目標(biāo)扭矩校正單元通過給所述差值乘以增益G獲得校正值通過將增益G設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，目?biāo)扭矩能夠被校正為更加適當(dāng)?shù)闹怠＞唧w地，通過增益G來調(diào)整目標(biāo)扭矩的校正量，以調(diào)整跟蹤可再生能的改變。在所述可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地目標(biāo)扭矩確定單元通過給旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩乘以比例因子M，來確定液壓泵的目標(biāo)扭矩。以此方式，目標(biāo)扭矩確定單元通過給旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩乘以比例因子M，來確定液壓泵的目標(biāo)扭矩。因此，可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例因子M來跟蹤能量流的速度變化。 所述可再生能源類型的發(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，基于測量到的環(huán)境溫度對旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩進(jìn)行校正。通常，在所述可再生能源類型的發(fā)電裝置中，可再生能源的能量密度隨著溫度波動。因此，可以進(jìn)一步提高發(fā)電裝置的環(huán)境溫度的測量精度和基于測量的環(huán)境溫度校正理想扭矩的精度。在所述可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地，泵需求量確定單元通過將液壓泵的目標(biāo)扭矩除以高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp。根據(jù)液壓泵的排量和高壓油路中的油壓的乘積可以獲得液壓泵輸入旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。因此，通過用目標(biāo)扭矩除以高壓油路中的油壓，可以容易地獲得由液壓泵的排量獲得的目標(biāo)扭矩。以此方式，液壓泵的排量需求量Dp被獲得，以將旋轉(zhuǎn)軸的實際扭矩調(diào)整為更加接近目標(biāo)扭矩。所述可再生能源類型的發(fā)電裝置還可以包括泵需求量校正單元，該泵需求量校正單元對液壓泵的排量需求量Dp進(jìn)行校正，以使高壓油路中的油壓落入規(guī)定的范圍內(nèi)。以此方式，通過泵需求量校正單元，高壓油路中的油壓被保持在規(guī)定的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在可以對液壓泵的排量需求量Dp進(jìn)行校正，以確保穩(wěn)定運行。所述可再生能源類型的發(fā)電裝置還可以包括測量高壓油路中油溫的油溫傳感器和泵需求量校正單元，該泵需求量校正單元基于測量的高壓油路中的油溫對液壓泵的排量需求量Dp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油溫，對液壓泵的排量需求量Dp進(jìn)行校正。因此，現(xiàn)在可以在考慮油的熱膨脹的情況下如期望的一樣控制液壓泵。在所述可再生能源類型的發(fā)電裝置中，優(yōu)選地，發(fā)電裝置為風(fēng)力渦輪發(fā)電機，其通過作為可再生能源的風(fēng)發(fā)電。盡管風(fēng)力能在風(fēng)力渦輪發(fā)電機中基本上是波動的，然而通過采用所述可再生能源類型的發(fā)電裝置，可以快速地獲得旋轉(zhuǎn)軸的期望扭矩以響應(yīng)風(fēng)力能的波動。本發(fā)明還提供了一種可再生能源類型的發(fā)電裝置的運行方法，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；變量式液壓泵，該變量式液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動；發(fā)電機，該發(fā)電機聯(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。本發(fā)明的方法可以包括但不限于以下步驟基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓確定液壓泵的排量需求量Dp ;和將液壓泵的排量調(diào)整為所述排量需求量Dp。在所述可再生能源類型的發(fā)電裝置的運行方法中，基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp，并將液壓泵的排量調(diào)整為排量需求量Dp。因此，可以獲得期望的扭矩，該扭矩為從可再生能源有效地提取能量的最佳扭矩。具體地，通過響應(yīng)可再生能的波動來改變液壓泵的目標(biāo)扭矩，可以快速地調(diào)整扭矩以跟隨可再生能的波動。有益效果根據(jù)本發(fā)明，基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp，并將液壓泵的排量調(diào)整為所述排量需求量Dp。因此，可以獲得期望的扭矩，該扭矩 為從可再生能源有效地提取能量的最佳扭矩。具體地，通過響應(yīng)可再生能的波動來改變液壓泵的目標(biāo)扭矩，可以快速地調(diào)整扭矩以跟隨可再生能的波動。


圖I為風(fēng)力渦輪發(fā)電機的示例結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為風(fēng)力渦輪發(fā)電機的發(fā)電機和液壓傳動裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為示出了儲存在控制單元的存儲單元中的Cp最大值曲線的圖表。圖4為示出了儲存在控制單元的存儲單元中的Cp最大值曲線的圖表。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為液壓泵的詳細(xì)構(gòu)造的示意圖。圖8為液壓馬達(dá)的詳細(xì)構(gòu)造的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。不過，其意圖為，這里提及的尺寸、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，除非特別地說明。圖I為風(fēng)力渦輪發(fā)電機的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為俯仰驅(qū)動機構(gòu)(pitchdriving mechanism)的結(jié)構(gòu)的不意圖。如圖I所示，風(fēng)力渦輪發(fā)電機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)速的液壓傳動裝置10、用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機20、機艙22、用于支撐機艙22的塔架24、用于控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機I的液壓傳動裝置10的控制單元40(圖2中示出)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。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，三個葉片4從輪轂6徑向延伸出，并且每個葉片4安裝在連接到旋轉(zhuǎn)軸8的輪轂6上。由此，作用在葉片4上的風(fēng)能旋轉(zhuǎn)整個轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸8輸入液壓傳動裝置10。由此，作用在葉片上的風(fēng)力旋轉(zhuǎn)整個轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸8輸入液壓傳動裝置10。如圖2所示，液壓傳動裝置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，然后其壓力通過液壓泵12被升高，最后該工作油流入液壓馬達(dá)14中，以驅(qū)動液壓馬達(dá)14。圖2示出了一個示例性的實施例,其中液壓傳動裝置10僅包括一個液壓馬達(dá)14。不過，也可以設(shè)置多個液壓馬達(dá)14，并且將每個液壓馬達(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7為液壓泵的詳細(xì)結(jié) 構(gòu)，圖8為液壓馬達(dá)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖7所示，液壓泵12包括多個油腔83、凸輪84、高壓閥86和低壓閥88，其中油腔83中的每個由缸80和活塞82形成，凸輪84具有與活塞82接合的凸輪輪廓，每個油腔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，以重復(fù)活塞82從下死點開始到達(dá)上死點的泵送循環(huán)和活塞從上死點開始到達(dá)下死點的吸入循環(huán)。如圖8所示，液壓馬達(dá)14包括多個液壓腔93、凸輪94、高壓閥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，每個液壓腔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和每個油腔93之間的高壓通道97中。同時，低壓閥98布置在低壓油路18和每個油腔93之間的低壓通道99中，其為常開類型的提升螺管閥。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，以重復(fù)活塞92從上死點開始到達(dá)下死點的致動循環(huán)(motor cycle)和活塞從下死點開始到達(dá)上死點的排出循環(huán)。液壓泵和液壓馬達(dá)為上述的活塞式。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構(gòu)，例如葉片式。如圖2所示，各種傳感器設(shè)置成用于測量旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量儀32和用于測量高壓油路16中的壓力的壓力測量儀31。此外，各種傳感器還可以包括安裝在機艙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，也可以提供一組以上的各傳感器。
此外，設(shè)置有用于高壓油路16和低壓油路18的防脈動蓄能器64。由此，高壓油路16和低壓油路18的壓力波動(脈動)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布置在旁通油路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，減壓閥62自動地開啟，以允許高壓油經(jīng)由旁路60流向低壓油路18。另外，液壓傳動裝置10具有油箱70、補給管路72、增壓泵74、油過濾器76、返回管路78和低壓減壓閥79。在一些實施例中，液壓馬達(dá)14的回流的全部或部分通過一個或多個這些單元。油箱70儲存有補給的工作油。補給管路72連接油箱70和低壓油路18。增壓泵74布置在補給管路72中，為低壓油路18補充來自油箱70的補給的工作油。在這種情況·下，布置在補給管路72中的油過濾器76去除供給至低壓油路18的工作油的雜質(zhì)。即使當(dāng)液壓傳動裝置10中工作油泄露時，增壓泵74為低壓油路補充來自油箱70的工作油，并由此能夠保持液壓傳動裝置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仍能夠自動打開以經(jīng)由返回管路88釋放工作油至油箱70。這樣，能夠充分地保持液壓傳動裝置10中流通的工作油的量。發(fā)電機20與電網(wǎng)50同步，使得發(fā)電機20產(chǎn)生的電力供給至電網(wǎng)50。如圖2所示，發(fā)電機20包括電磁同步發(fā)電機，其由連接到液壓馬達(dá)14的輸出軸15的轉(zhuǎn)子20A和連接至電網(wǎng)50的另一個轉(zhuǎn)子20B構(gòu)成。激勵器52連接至發(fā)電機20的轉(zhuǎn)子20A，使得能夠通過改變在轉(zhuǎn)子20A中流動的場流來調(diào)節(jié)發(fā)電機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，例如液壓傳動裝置10和發(fā)電機20。另外，機艙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。塔架24形成為從基座26向上延伸的柱狀。例如，塔架22可以由一個柱狀構(gòu)件構(gòu)成，或者由沿豎直方向連接以形成柱狀的多個單元構(gòu)成。如果塔架24由多個單元構(gòu)成，那么機艙22安裝在最頂側(cè)的單元上。參考圖2說明控制單元40的結(jié)構(gòu)。控制單元40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41-47可以布置在不同的位置，機艙的內(nèi)部或外部。構(gòu)成控制單元40的控制裝置41-47和控制單元40中的至少一個功能元件可以并入一個處理單元中。控制單元40包括理想扭矩確定單元41、目標(biāo)扭矩校正單元43、目標(biāo)扭矩確定單元42、泵需求量確定單元、泵控制器46和存儲單元47。目標(biāo)扭矩確定單元42基于旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩確定液壓泵的目標(biāo)扭矩，其中在旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩處，功率系數(shù)Cp變成最大值。此外，優(yōu)選地目標(biāo)扭矩確定單元42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。理想扭矩確定單元41根據(jù)測量到的旋轉(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)動能，即具有高的風(fēng)力能抽取效率的扭矩。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的測量的轉(zhuǎn)速，確定功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲髸r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?；蛘?，理想扭矩確定單元41還可以基于根據(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)速來確定旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩。其還可以根據(jù)從轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速的平均值估算的風(fēng)速來確定旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩。還可以直接通過風(fēng)速儀33獲得 風(fēng)速。當(dāng)設(shè)置有多于一個的風(fēng)速儀33時，可以使用風(fēng)速的平均值。理想扭矩確定單元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I的環(huán)境溫度為影響旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩的多個因素之一。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。隨著渦輪發(fā)電機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I的環(huán)境溫度來校正理想扭矩，以提高理想扭矩的精度。目標(biāo)扭矩校正單元43對目標(biāo)扭矩確定單元42確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正。具體地，根據(jù)氣動扭矩的估算值減去目標(biāo)扭矩確定單元42所確定的目標(biāo)扭矩獲得的差值對目標(biāo)扭矩確定單元42所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正。該輸入扭矩的估算值由旋轉(zhuǎn)軸8的加速扭矩和目標(biāo)扭矩的當(dāng)前值相加得到。氣動扭矩為可再生能源的能量流輸入旋轉(zhuǎn)軸8的輸入扭矩。目標(biāo)扭矩校正單元43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I的環(huán)境溫度來確定氣動扭矩。旋轉(zhuǎn)軸8的加速扭矩以及風(fēng)力渦輪發(fā)電機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因素。隨著環(huán)境溫度的改變，空氣密度改變，導(dǎo)致空氣質(zhì)量改變。這影響了旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩。除以上的目標(biāo)扭矩校正單元43的結(jié)構(gòu)外，目標(biāo)扭矩校正單元43通過從目標(biāo)扭矩確定單元42所確定的目標(biāo)扭矩減去校正值T1^來對目標(biāo)扭矩確定單元42所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正，其中所述校正值Ttitt由氣動扭矩和目標(biāo)扭矩之間的差值乘以增益G得到。泵需求量確定單元44基于液壓泵12的目標(biāo)扭矩和高壓油路16中的油壓來確定液壓泵12的排量需求量Dp。泵需求量校正單元45對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正，以使高壓油路16中的油壓落入規(guī)定的范圍內(nèi)?；蛘撸眯枨罅啃Ｕ龁卧?5基于油溫傳感器35測量的高壓油路16中的測量油溫，對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正。泵控制器36控制液壓泵12，這里具體地將液壓泵12的排量調(diào)整為確定的排量需
求量Dp。除上述控制單元外，還可以設(shè)置馬達(dá)控制器(未示出)。馬達(dá)控制器基于從液壓泵12的排量Dp獲得的液壓泵12的排出量Qp，確定液壓馬達(dá)14的排量需求量Dm，以保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變。
稍后將描述液壓泵12和液壓馬達(dá)14的控制。存儲單元47儲存用于控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機I的目標(biāo)壓力設(shè)定曲線和Cp最大值曲線。圖3和圖4為示出了存儲單元37中儲存的Cp最大值曲線圖。Cp最大值曲線通過連接功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲笾档狞c形成。圖3示出Cp最大值曲線100，風(fēng)速V在X軸上，旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速％在y軸上。圖4示出的Cp最大值曲線102，旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I在X軸上，液壓泵12的目標(biāo)扭矩在I軸上。以下將參考圖5的流程圖描述關(guān)于控制單元40的運行的算法。首先，轉(zhuǎn)速測量儀38測量旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速Wr (步驟SI)。理想扭矩確定單元41根據(jù)測量的轉(zhuǎn)速I將功率系數(shù)Cp變?yōu)樽畲笾禃r的扭矩確定為理想扭矩Ti (步驟52)。具體地，如果保持功率系數(shù)Cp為最大值的這樣的運行狀態(tài)下，從存儲單元47取得Cp最大值曲線100 (參考圖3)，根據(jù)Cp最大值曲線100獲得對應(yīng)于測量的轉(zhuǎn)速I的風(fēng)速V(見圖3)。理 想扭矩確定單元41從存儲單元47取得Cp最大值曲線102 (見圖4)，并且獲得對應(yīng)于如上述估算的風(fēng)速V的液壓泵12的理想扭矩Tp圖4示出的該示例中，在估算風(fēng)速V為V2的情況下，獲得液壓泵12的理想扭矩Τ」。目標(biāo)扭矩確定單元42通過將理想扭矩確定單元41確定的理想扭矩Ti乘以比例因子M，確定出調(diào)整后的理想扭矩MTi (步驟S3)。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隨著時間的氣動改變而變化。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，強風(fēng)的風(fēng)速不高于風(fēng)力渦輪發(fā)電機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能夠正常地運轉(zhuǎn)而不會使其超轉(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)上述的結(jié)構(gòu)，風(fēng)間歇(lull)期間理想扭矩稍微偏離最佳扭矩。然而，在強風(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)扭矩校正單元43根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速W,的變化率確定旋轉(zhuǎn)軸8的角加速度ar (步驟 S4) ο此外，目標(biāo)扭矩校正單元43確定氣動扭矩Ina (步驟S5)。氣動扭矩T氣動為當(dāng)前風(fēng)施加至旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩的實際量。氣動扭矩Tna為由液壓泵12施加至旋轉(zhuǎn)軸8的扭矩加及之前的目標(biāo)扭矩Td (前)加上凈加速扭矩的和，其中凈加速扭矩為轉(zhuǎn)子2 (包括旋轉(zhuǎn)軸8)和液壓泵12的慣性矩J ■ + s與旋轉(zhuǎn)軸8的角加速度的乘積。前目標(biāo)扭矩Td (前)可以從液壓泵12的選定的凈排放率(displacement rate)和高壓通路中的測量壓力獲得。之后，目標(biāo)校正單元43從步驟S5中獲得的氣動扭矩和步驟S3中調(diào)整后的理想扭矩之間的差值獲得扭矩超額Tes (步驟S6)。扭矩超額Tes預(yù)期將加速(如果為正)或減速(如果為負(fù))。此外，扭矩校正單元43通過扭矩超額Tms乘以增益G來計算校正扭矩T前饋(步驟S7)?？梢允褂酶鼜?fù)雜的前饋函數(shù)，例如使用超前或延遲控制器以更進(jìn)一步地改善風(fēng)速的跟蹤。
接下來，目標(biāo)扭矩計算單元42通過乘調(diào)整后的理想扭矩MTi和校正扭矩Tw來計算目標(biāo)扭矩Td (步驟S8)。然后，泵需求量確定單元44根據(jù)公式I通過目標(biāo)扭矩Td和高壓油路中的油壓Ps (高壓油的壓力)來確定液壓泵的期望排量Dp (步驟S9)。(公式I) 排量需求量Dp=目標(biāo)扭矩Td/高壓油的壓力Ps然后，泵控制器46調(diào)整液壓泵12的期望排量Dp (步驟S10)?，F(xiàn)在描述泵控制器46如何控制圖7所示的液壓泵12。泵控制器32改變禁用的油腔的數(shù)目來實現(xiàn)液壓泵12的期望的排量需求量Dp，禁·用油腔保持為在液壓泵12的活塞82在從下死點開始到達(dá)上死點然后返回下死點的循環(huán)期間，液壓泵12的高壓閥86關(guān)閉，而液壓泵12的低壓閥88保持打開。具體地，泵控制器32按照液壓泵12的排量需求量Dp來設(shè)定禁用的腔的數(shù)目，根據(jù)其來控制液壓泵12。此外，還可以在泵控制器32控制期間，通過在活塞循環(huán)期間改變高壓閥(86，96)的打開時間來改變液壓泵12和液壓馬達(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的算法流程圖。首先，根據(jù)轉(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速I確定理想扭矩1\。在該步驟中，其中功率系數(shù)Cp為最大值的理想扭矩Ti根據(jù)圖4的函數(shù)102由目標(biāo)扭矩(理想扭矩Ti)和轉(zhuǎn)速I確定。理想扭矩通過乘以理想扭矩比例因子M來調(diào)整，以得到調(diào)整后的理想扭矩MTitl理想扭矩比例因子M可以是O與I之間的任意數(shù)，典型地位于O. 9至I之間。由理想扭矩Ti稍微減小的調(diào)整后的理想扭矩MTi增大了轉(zhuǎn)速，并且允許旋轉(zhuǎn)軸8在強風(fēng)期間更快地加速，由此相比假如沒有根據(jù)理想函數(shù)由比例因子M調(diào)節(jié)泵扭矩的情況，可以捕獲到更多的電力。比例因子M將致使轉(zhuǎn)子更慢地減速，由此在風(fēng)間歇期間偏離其最佳運行點運行。不過，跟蹤強風(fēng)獲得的額外的電力大于間歇風(fēng)期間次最佳運行期間的電力損失。目標(biāo)扭矩Td為調(diào)整后的理想扭矩與扭矩反饋控制器201的輸出之間的差值。扭矩反饋控制器201包括在目標(biāo)扭矩校正單元43中。扭矩反饋控制器201根據(jù)當(dāng)前的扭矩目標(biāo)和加速扭矩的和計數(shù)估算的氣動扭矩Tna。加速扭矩通過旋轉(zhuǎn)軸8的角加速度乘以轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)慣性矩J得到。扭矩反饋控制器201的輸出為估算的氣動扭矩和調(diào)整后的理想扭矩之間的差值Tea，其然后乘以反饋增益G以獲得反饋扭矩!^·反饋增益G可以是大于等于O的任意數(shù)，其中O值用來禁用扭矩反饋控制器201。扭矩反饋控制器201通過從調(diào)整后的理想扭矩減去校正扭矩來響應(yīng)能量抽取的加速和減速。具體地，在加速的情況下，目標(biāo)扭矩稍微減小，而在減速的情況下，通過將校正扭矩加至調(diào)整后的理想扭矩稍微增大目標(biāo)扭矩。相比單獨使用調(diào)整后的理想扭矩，這使得旋轉(zhuǎn)軸8能夠更快地響應(yīng)輸入能量的改變而加速和減速，因此可以從風(fēng)捕獲更大的總能量。接下來，通過目標(biāo)扭矩Td除以高壓油路16中測量到的油壓來計算液壓泵12的排量需求量Dp。排量需求量Dp可以通過壓力限制器202來修正。壓力限制器202可以為PID類型的控制器，其輸出為控制器輸出的泵需求量Dp。壓力限制器202包括在泵需求量校正單元45中。壓力限制器202用于通過修正泵需要的流體量的傳送速率，來將液壓泵12的壓力保持在可接受的范圍內(nèi)，即小于風(fēng)力渦輪發(fā)電機的安全運行的最大水平下。一些運行模式中，期望通過減壓閥62耗散能量，例如為了防止風(fēng)力渦輪發(fā)電機在極強的風(fēng)期間超過其額定速度運行，在這些運行模式中可以禁用壓力限制，或者壓力限制可以在使用中變化。泵需求量校正單元45可以基于油溫傳感器35測量的高壓油路16中的油溫對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正。當(dāng)確定液壓泵12的排量需求量％時，可以設(shè)置調(diào)整器203以基于電力需求信號來調(diào)整目標(biāo)扭矩Td。例如，電力需求信號從風(fēng)力渦輪發(fā)電機所屬的風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電站控制單元輸入。通過這種方式，基于電力需求信號對目標(biāo)扭矩Td進(jìn)行校正以獲得期望的電力生產(chǎn)。在以上優(yōu)選實施例中，泵需求量確定單元44基于液壓泵12的目標(biāo)扭矩Td和高壓油路16中的油壓Ps確定液壓泵12的排量需求量Dp，并且泵控制器46將液壓泵12的排量調(diào)整為所確定的排量需求量Dp。由此，其可以獲得期望的扭矩，即最佳的用于從可再生能源有效地抽取能量的最佳扭矩。具體地，液壓泵12的目標(biāo)扭矩Td變化以響應(yīng)可再生能源的波動，從而快速地調(diào)節(jié)扭矩以跟隨可再生能源的波動。 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的轉(zhuǎn)速確定旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩，以提高風(fēng)力渦輪發(fā)電機I的發(fā)電效率。旋轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速能夠用高精度的轉(zhuǎn)速測量儀32測量?；谵D(zhuǎn)速測量儀32測量的旋轉(zhuǎn)軸8的實際轉(zhuǎn)速確定理想扭矩以適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕谩＞唧w地，在以上的優(yōu)選實施例中，理想扭矩從測量的風(fēng)速估算的風(fēng)速獲得，由此可以非常準(zhǔn)確地估算風(fēng)速，并執(zhí)行液壓泵12的適當(dāng)控制?？梢圆辉O(shè)置風(fēng)速儀33以減少成本。或者，旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩Ti或風(fēng)速可以根據(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。在這樣的情況下，可以提高理想扭矩的計算精度，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。也可以基于風(fēng)速儀33測量的風(fēng)速來確定理想扭矩，以替代借助于轉(zhuǎn)速測量儀32來確定理想扭矩。這使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機I能夠提高發(fā)電效率。此外，能夠直接通過風(fēng)速儀33測量風(fēng)速以獲得高精度的風(fēng)速。由此，可以適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕?2。此外，旋轉(zhuǎn)軸8的理想扭矩Ti可以根據(jù)風(fēng)速儀33測量的風(fēng)速的平均值來確定。這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。目標(biāo)扭矩校正單元43根據(jù)可再生能源的能量流輸入旋轉(zhuǎn)軸8的輸入扭矩的估算值減去確定的目標(biāo)扭矩獲得的差值，對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正。因此，在旋轉(zhuǎn)軸8加速或減速期間可以獲得這樣的目標(biāo)扭矩，其縮短了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸8的期望轉(zhuǎn)速的時間。結(jié)果，液壓泵12能夠被快速地控制以響應(yīng)可再生能的改變。泵需求量確定單元44通過將液壓泵12的目標(biāo)扭矩除以高壓油路16中的油壓來確定液壓泵12的排量需求量Dp。因此，可以將旋轉(zhuǎn)軸8的實際扭矩調(diào)整得更加接近目標(biāo)扭矩。此外，泵需求量校正單元45對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正，使得高壓油路16中油壓落入規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，可以對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正，以確保風(fēng)力渦輪發(fā)電機的安全運行。此外，泵需求量校正單元45基于油溫傳感器35測量的高壓油路16中的測量油溫，對液壓泵12的排量需求量Dp進(jìn)行校正。因此，可以在考慮油的熱膨脹的情況下適當(dāng)?shù)乜刂埔簤罕?2。盡管已經(jīng)參考示例性的實施例描述了本發(fā)明，然而對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以做出的各種改變沒有偏離本發(fā)明的范圍。例如，以上的優(yōu)選實施例使用的示例中，本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于潮流發(fā)電機。這里提及的潮流發(fā)電機為安裝在諸如海洋、河流、湖泊之類的地方利用潮能的發(fā)電機。除了轉(zhuǎn)子2是由潮流轉(zhuǎn)動而不是風(fēng)轉(zhuǎn)動外，潮流發(fā)電機具有與風(fēng)力渦輪發(fā)電機I相同的基本結(jié)構(gòu)。潮流發(fā)電機包括由潮流轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子2、用于增加轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)速的液壓傳動裝置10、用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機20和用于控制潮流發(fā)電機的每個單元的控制單元40。這里，潮流發(fā)電機的控制單元40設(shè)定其中功率系數(shù)變?yōu)樽畲笾档囊簤罕?2的目標(biāo)扭矩，并然后基于目標(biāo)扭矩和高壓油路16中的工作油的壓力確定液壓泵的排量Dp，以控制液壓泵12。結(jié)果，能夠獲得期望的扭矩，并提高發(fā)電效率。·在使用潮流發(fā)電機的情況中，可以基于速度測量儀測量的潮流速度而不是風(fēng)速儀33測量的風(fēng)速，根據(jù)Cp最大值曲線102 (見圖4)獲得液壓泵12的目標(biāo)扭矩。附圖標(biāo)記風(fēng)力渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子4 葉片6 輪轂8旋轉(zhuǎn)軸10液壓傳動裝置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22 機艙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存儲單元50 電網(wǎng)52激勵器54電網(wǎng)狀態(tài)判定單元60 旁路62減壓閥 64抗脈動蓄能器66油過濾器68油冷卻器70 油箱72補給管路74增壓泵76油過濾器78返回管路79低壓減壓閥80 缸82 活塞82A活塞體82B活塞滾子83 油腔84 凸輪86高壓閥87聞壓通路88低壓閥89低壓通路90 缸92 活塞92A活塞體92B活塞滾子93 油腔94 凸輪96高壓閥97聞壓通路98低壓閥99低壓通路IOOCp最大曲線102(；最大曲線
104目標(biāo)壓力曲線110活塞循環(huán)曲線112HPV電壓信號114高壓閥位置116LPV電壓信號118低壓閥位置120壓力曲線130活塞循環(huán)曲線
132HPV電壓信號134高壓閥位置136LPV電壓信號138低壓閥位置140壓力曲線
權(quán)利要求
1.一種用可再生能源發(fā)電的可再生能源類型的發(fā)電裝置，包括 旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸由可再生能源驅(qū)動； 變量式液壓泵，該變量式液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動； 液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動； 發(fā)電機，該發(fā)電機聯(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； 泵需求量確定單元，該泵需求量確定單元基于液壓泵的目標(biāo)扭矩和高壓油路中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp ;和 泵控制器，該泵控制器將液壓泵的排量調(diào)整為確定的排量需求量Dp。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能源類型的發(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能源類型的發(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)測量到的旋轉(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的可再生能源類型的發(fā)電裝置，其中設(shè)置有多個轉(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的可再生能源類型的發(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的可再生能源類型的發(fā)電裝置， 其中，設(shè)置有多個轉(zhuǎn)速測量儀，并且其中所述能量流的估算速度根據(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的可再生能源類型的發(fā)電裝置，還包括 流速測量儀，該流速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)測量到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的可再生能源類型的發(fā)電裝置， 其中，設(shè)置有多個流速測量儀，并且其中理想扭矩確定單元根據(jù)流速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的可再生能源類型的發(fā)電裝置，還包括 目標(biāo)扭矩校正單元，該目標(biāo)扭矩校正單元根據(jù)可再生能源的能量流輸入旋轉(zhuǎn)軸的輸入扭矩的估算值減去確定的目標(biāo)扭矩獲得的差值，對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正，所述輸入扭矩的估算值由旋轉(zhuǎn)軸的加速扭矩和目標(biāo)扭矩的當(dāng)前值相加得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的可再生能源類型的發(fā)電裝置，其中，目標(biāo)扭矩校正單元通過從目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩減去校正值T w 對目標(biāo)扭矩確定單元所確定的目標(biāo)扭矩進(jìn)行校正，其中校正值Ttitt通過給所述差值乘以增益G得到。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能源類型的發(fā)電裝置， 其中，目標(biāo)扭矩確定單元通過給旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩乘以比例因子M，來確定液壓泵的目標(biāo)扭矩。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的可再生能源類型的發(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， 其中基于測量到的環(huán)境溫度對旋轉(zhuǎn)軸的理想扭矩進(jìn)行校正。
13.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能源類型的發(fā)電裝置， 其中，泵需求量確定單元通過使液壓泵的目標(biāo)扭矩除以高壓油路中的油壓，來確定液壓泵的排量需求量Dp。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能源類型的發(fā)電裝置，還包括 泵需求量校正單元，該泵需求量校正單元對液壓泵的排量需求量Dp進(jìn)行校正，以使高壓油路中的油壓落入規(guī)定的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能源類型的發(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 泵需求量校正單元，該泵需求量校正單元基于高壓油路中的測量到的油溫對液壓泵的排量需求量Dp進(jìn)行校正。
16.根據(jù)權(quán)利要求I的可再生能源類型的發(fā)電裝置，其中所述發(fā)電裝置為風(fēng)力渦輪發(fā)電機，其通過作為可再生能源的風(fēng)發(fā)電。
17.一種可再生能源類型的發(fā)電裝置的運行方法，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；變量式液壓泵，該變量式液壓泵由旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動；液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)由液壓泵供給的增壓油驅(qū)動；發(fā)電機，該發(fā)電機聯(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)扭矩和高壓油路中的油壓確定液壓泵的排量需求量Dp ;和 將液壓泵的排量調(diào)整為所述排量需求量Dp。
全文摘要
本發(fā)明意圖提供一種可再生能源類型的發(fā)電裝置以及運行該裝置的方法，其中所述發(fā)電裝置快速獲得期望的扭矩以響應(yīng)可再生能的變化。用可再生能源發(fā)電的該發(fā)電裝置包括由可再生能驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸8，由旋轉(zhuǎn)軸8驅(qū)動的變量式液壓泵12，由液壓泵12供給的增壓油驅(qū)動的液壓馬達(dá)14、聯(lián)接至液壓馬達(dá)14的發(fā)電機20，通過其將液壓泵12的出口側(cè)與液壓馬達(dá)14的入口側(cè)流體連通的高壓油路16，基于液壓泵12的目標(biāo)扭矩Td和高壓油路16中的油壓來確定液壓泵的排量需求量Dp的泵需求量確定單元44，以及將液壓泵12的排量調(diào)整為確定的排量需求量Dp的泵控制器46。
文檔編號F03D11/02GK102884313SQ20118002317
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)株式會社