CN101988477A - 具有不同功能的互通的能量存储器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种具有不同功能的互通的能量存储器。其中，提供一种互通的能量存储装置的集成系统(405)，用于向连接至电网(540)的风力涡轮机(530)的操作系统提供备用电源。集成系统(405)包括至少一个具有转子(106)的风力涡轮机(530)，风力涡轮机连接至电网。至少一个风力涡轮机(530)的至少一个操作系统(525，581，582)在风力涡轮机的运行状态期间需要备用电源。还包括多个能够提供备用电源的能量存储装置(431，432，433)。提供能量存储装置(431，432，433)中的至少两个之间的能量存储的互通。

Description

具有不同功能的互通的能量存储器 
技术领域
本发明大体而言涉及风力涡轮机和风力发电场系统中的能量存储系统，且更具体而言涉及尤其是在必须向风力涡轮机提供备用电源(alternate power)的运行状态期间为使风力涡轮机运行而进行互通的能量存储系统。 
背景技术
风力涡轮机被视为环境友好且相对成本低廉的替代能源，其利用风能来产生电力。风力涡轮机发电机一般包括具有多个叶片的风力转子，这多个叶片将风能转换为驱动轴的转动运动，转动运动又被用来驱动发电机的转子以产生电力。现代风力发电系统通常采用风力发电场的形式，风力发电场具有多个这种风力涡轮机发电机，这些风力涡轮机发电机可用于向输电系统提供电力，该输电系统向公用电网供电。通常将这些风力涡轮机发电机的输出进行组合来传输到电网。 
风力是间歇式资源，且风力状况的变化会显著影响由风力发电场向公用事业提供的电力。一般而言，风力涡轮机发电站的功率输出随风速而增加，直到风速达到涡轮机额定风速为止。随着风速的进一步增大，涡轮机以高达断开值或跳闸水平的额定功率运行。这一般是风力涡轮机上的动力负荷导致涡轮机的机械元件达到疲劳极限的风速。作为一种保护功能，在风速高于某一速度时，常常需要关闭风力涡轮机或通过调整叶片的节距或通过制动转子来减小负荷，从而使风力涡轮机发电机的以及因此风力发电场的功率输出降低。然而，公用事业上的电力负荷需要始终由发电单元进行平衡。因此，公用系统通常具 有额外的发电资源可用，例如可适应风力状况的这种可变性的热力发电机。 
参照图1，在一些配置中，风力涡轮机100包括容纳发电机(图1未示出)的舱102。舱102安装于高塔104顶上，图1仅示出高塔104的一部分。风力涡轮机100还包括转子106，转子106包括附装至转动轮毂110的一个或多个转子叶片108。尽管图1所示的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，然而对本发明所需的转子叶片108的数目没有具体限制。 
参照图2，风力涡轮机100的塔104顶上的舱102中容纳有多个元件。塔104的高度是基于所属领域中已知的因素和情况进行选择。在一些配置中，控制面板112内的一个或多个微控制器包括控制系统，用于整个系统的监测和控制，包括节距和速度调整、高速轴和偏转制动应用(yaw brake application)、偏转和泵马达应用以及故障监测。在一些配置中，使用替代的分布式或集中式控制结构。 
在一些配置中，控制系统向可变叶片节距驱动器114提供控制信号，以控制叶片108(图2未示出)的节距，叶片108会在风力的作用下驱动轮毂110。在所例示的配置中，轮毂110容纳三个叶片108，但其它配置可使用任何数目的叶片。在一些配置中，叶片108的节距各自受叶片节距驱动器114的控制。轮毂110和叶片108共同构成风力涡轮机转子106。 
风力涡轮机的驱动系可包括连接至轮毂110且由主轴承130支撑的主转子轴116(也称为“低速轴”)以及位于轴116的相对端的齿轮箱118。在一些配置中，齿轮箱118利用双路径几何结构(dual pathgeometry)来驱动封闭的高速轴。高速轴(图2中未示出)用以驱动安装在主框架132上的发电机120。在一些配置中，通过联结器122传递转子扭矩。发电机120可以是任何适当的类型，例如绕线转子感应发电机。 
偏转驱动器124和偏转甲板126为风力涡轮机100提供偏转定向系统。风向标128为偏转定向系统提供信息，包括在风力涡轮机处测量的即时风向及风速。在一些配置中，偏转系统安装在设置于塔104顶上的凸缘上。 
参照图3，在一些配置中，用于风力涡轮机100的控制系统300可包括总线302或其它用于传送信息的通信装置。处理器304可联结至总线302以处理信息，包括来自构造成用以测量位移或运动的传感器的信息。控制系统300还可包括随机访问存储器(RAM)306及/或其它存储装置308。RAM 306和存储装置308联结至总线302，以存储和传递信息及处理器304所要执行的指令。RAM 306(以及存储装置308，如果需要的话)还可用以在由处理器304执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。控制系统300还可包括只读存储器(ROM)及/或其它静态存储装置310，静态存储装置310联结至总线302以对静态(即不变化的)信息和指令进行存储并提供给处理器304。输入/输出装置312可包括所属领域中已知的用以向控制系统300提供输入数据并提供偏转控制和节距控制输出的任何装置。通过远程连接从例如磁盘、只读存储器(ROM)集成电路、CD-ROM、DVD的存储装置向存储器提供指令，此远程连接是有线连接或无线连接，用于提供对一个或多个电子可访问媒体等的访问。在一些实施例中，可使用硬接线电路来代替软件指令或与软件指令相结合。因此，对指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。传感器界面314是允许控制系统300与一个或多个传感器进行通信的界面。传感器界面314可以是或可包括例如一个或多个模拟数字转换器，其将模拟信号转换成可由处理器304使用的数字信号。 
图4例示现有技术风力涡轮机系统，该风力涡轮机系统包括轮毂、联结至轮毂的轴及液压泵，液压泵邻近轴设置并构造成用以向马达提供加压流体。在一些配置中，可如图4所示对容纳于舱102(图1)中的风力涡轮机发电系统105进行设置。此处，转子106通过轴116 联结至液压泵送系统121。这种液压泵送系统121揭露于2009年3月24日提出申请的美国专利申请案12/409,909中，并被进一步揭露于2008年11月6日提出申请的美国专利申请案12/265,824中。转子106以转动方式驱动轴112，以向液压泵送系统121提供机械能，从而使高压液压流体在液压泵送系统121内循环。液压泵送系统121通过液压流体循环系统125联结至马达136。马达136将来自循环高压流体的能量转换成机械能。马达136可以是所属领域中已知的适用于这种目的的任何液压马达。马达136可通过转移装置(transfer device)138联结至发电机120。液压泵送系统121、马达136及发电机120可包括传感器(图未示出)，用于向发电系统105提供马达运行数据。转移装置138可以是轴。发电机120将机械能转换成电力。发电机120通过输电线142向电网150提供所产生的电力。在另一配置中，可将马达136和发电机120组合成单一装置。 
公用电网异常可造成风力涡轮机可能不再向电网供电的状态。然而，在这些状态下，强的风力可继续驱动风力涡轮机产生电力。除非从转子传送所产生的电力，否则在某一时间之后，必须关闭风力涡轮机。此外，在其它风力涡轮机运行状态(例如电网瞬变、风力涡轮机操作系统供电损失或维护状态)中，风力涡轮机可能会需要被供以电力以用于其操作系统或需要转移过多的电力。因此，期望提供各种能量存储功能，从而可以适当形式存储能量以后续向在各种风力涡轮机运行状态下需要备用电源的风力涡轮机操作系统递送能量或从风力涡轮机吸收无法向电网提供的过多能量。在风力涡轮机中，可并入多个能量存储系统。一些非常常见的实例包括用于节距系统(pitchsystem)或用于风力涡轮机控制装置的电池或用于(次级)制动系统的液压蓄能器(accumulator)。这些存储系统可能常常是独立的。因此，可能期望具有在它们之间进行互通的蓄能系统和转换系统。 
发明内容
本发明涉及与风力涡轮机系统相关的能量存储以及用于维持风力涡轮机运行连续性的系统的互通和控制。 
简单来说，根据本发明的一个方面，提供一种互通的能量存储装置的集成系统，用于向连接至电网的风力涡轮机的操作系统提供备用电源。此集成系统包括至少一个具有转子的风力涡轮机，风力涡轮机连接至电网。所述至少一个风力涡轮机的至少一个操作系统在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源。还包括能够提供备用电源的多个能量存储装置。提供所述多个能量存储装置中的至少两个之间的能量存储的互通。 
根据本发明的第二方面，提供一种互通的能量存储装置的集成系统，用于向连接至电网的风力涡轮机的操作系统提供和控制备用电源。此集成系统包括至少一个风力涡轮机，所述至少一个风力涡轮机具有转子并连接至电网。所述至少一个风力涡轮机的至少一个操作系统在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源。还包括能够提供备用电源的多个能量存储装置。提供所述多个能量存储装置中的至少两个之间的能量存储的互通。控制装置控制能量在能量存储装置与至少一个风力涡轮机操作系统之间的转移。 
根据本发明的第三方面，提供一种用于操作互通的能量存储装置的集成系统的方法，此互通的能量存储装置的集成系统用于向连接至电网的风力涡轮机的操作系统提供备用电源。此集成系统包括：至少一个风力涡轮机，连接至电网；所述至少一个风力涡轮机的至少一个操作系统，在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源；多个能量存储装置，能够提供备用电源；所述多个能量存储装置中的至少两个之间的能量存储的互通；以及控制装置，用于控制能量在能量存储装置与至少一个风力涡轮机系统之间的转移。 
该方法包括通过风力涡轮机的转子、电网、所附的辅助风力涡轮机、水力发电机、太阳能面板、以及地热发电装置中的至少一者为能 量存储装置供电。系统传感器感测风力涡轮机运行状态。控制装置利用来自传感器的输入来确定风力涡轮机运行状态。针对所确定的风力涡轮机运行状态，控制装置进一步确定需要在存储能量装置与风力涡轮机操作系统之间转移所存储的能量。然后，针对风力涡轮机运行状态，控制装置选择所述多个能量存储装置中可实现能量向风力涡轮机操作系统转移的一者。然后，针对风力涡轮机运行状态，控制装置启动所存储的能量在存储能量装置与风力涡轮机操作系统之间的转移。 
附图说明
当参照附图阅读下文中的详细说明时，将能更好地理解本发明的这些及其它特征、方面及优点，在所有图式中相同的字符均表示相同的部件，在附图中： 
图1例示现有技术风力涡轮机的示范性配置； 
图2例示图1所示的示范性风力涡轮机配置的舱的立体剖面图； 
图3是用于图1所示的风力涡轮机配置的现有技术控制系统的示范性配置的方块图； 
图4例示现有技术风力涡轮机系统，其包括轮毂、联结至轮毂的轴及液压泵，液压泵邻近轴设置且构造成用以向马达提供加压流体； 
图5例示可提供适用于风力涡轮机操作系统的互通的能量存储容量的多种蓄能器； 
图6例示用于风力涡轮机系统的互通的能量存储器的集成系统的示范性实施例； 
图7例示用于风力涡轮机系统的互通的能量存储器的集成系统的示范性实施例的更详细表示； 
图8例示适于通过用于风力涡轮机的液压转换器来帮助在主驱动系中进行低电压过渡(low voltage ride through)的液压蓄能器；以及 
图9例示用于从互通的能量存储器系统为风力涡轮机系统供电的方法。 
主要元件标记说明 
100：风力涡轮机                102：舱 
104：塔                        105：风力涡轮机发电系统 
106：转子                      108：转子叶片 
110：轮毂                      112：控制面板 
114：节距驱动器                116：转子轴 
118：齿轮箱                    120：发电机 
121：液压泵送系统              122：联结器 
124：偏转驱动器                125：液压联结器 
126：偏转甲板                  128：风向标 
130：主轴承                    132：主框架 
136：液压马达                  138：转移装置 
142：输电线                    150：电力网 
200：蓄能器系统                201：电容器 
202：弹簧                      203：容器 
204：汽缸                      205：太阳能 
206：光伏电池                  207：电/机械转移装置 
208：燃料电池                  209：电池系统 
210：内燃机                    212：电动机 
300：控制系统                  302：总线 
304：处理器                    306：随机访问存储器(RAM) 
308：存储装置                  310：读存储器(ROM) 
312：输入输出装置              314：传感器界面 
405：通的能量存储器的集成系统 
410：系统控制器 
415：风力涡轮机系统            420：液压蓄能器 
412：能源1                     422：能源2 
425：致动器                    426：控制阀 
431：能量存储装置1                432：能量存储装置2 
433：能量存储装置3(蓄能器)        435：风力涡轮机系统 
441：能量转移装置1                442：能量转移装置2 
443：能量转移装置3                451：风力涡轮机系统状态信号 
452：能源状态信号                 453：能量存储装置状态信号 
454：能量转移装置状态信号         461：风力涡轮机系统控制信号 
462：能源控制信号                 463：能量存储装置控制信号 
464：能量转移装置控制信号 
471：从能源至风力涡轮机系统的功率流 
472：能源与能量转移装置之间的能量流 
473：能量存储装置与能量转移装置之间的功率流 
474：从能量存储装置至风力涡轮机系统的单向功率流 
475：从能量存储装置至风力涡轮机系统的双向功率流 
481：液压蓄能器                   491：电网上的传感器 
492：发电机上的传感器             493：马达上的传感器 
494：液压泵送系统上的传感器       495：转子上的传感器 
496：液压蓄能器上的传感器         497：能量存储装置 
498：控制装置                     499：泄压阀 
505：集成风力涡轮机系统           510：系统控制器 
511：风力涡轮机控制器             520：涡轮机叶片 
525：涡轮机传动系                 530：风力涡轮机 
535：风力涡轮机输出               536：风力涡轮机与电网的连接 
540：电网                         551：辅助风力涡轮机 
552：光伏面板                     553：燃烧驱动式发电机 
554：燃料电池                     561：氢存储库 
562：存储电池                     563：电容器组 
591：蓄能器                       592：气动存储装置 
571：控制电力                     572：控制装置电力 
573：辅助电力            581：控制装置 
595：转移装置 
具体实施方式
下文中的本发明实施例具有许多优点，包括提供多个能量存储装置之间的互通、控制给定的能量存储装置内的能量累积、以及控制能量在能量存储装置之间的转移，从而增强风力涡轮机运行的连续性并在不能获得正常电力时安全地实现连续的关闭和维护。 
本文所指的蓄能器是能量存储装置。传统上，在电机械系统(如风力涡轮机)的上下文中，所想到的蓄能器是液压蓄能器。液压蓄能器可以是压力存储库，在压力存储库中，通过外部源使不可压缩的流体保持承受压力，外部源可以是例如弹簧、被升高的重物或压缩气体(液压气动)。然而，在可用的能量存储应用的更广义的上下文中，用语“蓄能器”可应用于任何能量存储装置。 
实例可包括液压蓄能器，其缓冲由于泵或马达递送的不规则性而引起的短期压力脉冲。 
蓄能器可以是电性的，包括电感器、电容器及超导线圈。蓄能器可以是机械的，包含弹簧或高度势能。化学蓄能器可包含氢存储器或电池。上述液压蓄能器包括带有空气的气动型或填充有气体的蓄能器和液压蓄能器。 
可将蓄能器中所存储的能量从一种类型转换或转化成另一类型。这被称为能量存储系统之间的互通。图5例示蓄能器系统200，其可提供适用于风力涡轮机操作系统的互通的能量存储容量。电容器201表示蓄能器中电能存储的形式。弹簧202表示蓄能器中机械能存储的形式。容器203表示氢或化学能存储。汽缸204表示气动或液压能存储。可通过太阳能面板206转化太阳能205。 
能量可通过能量转移装置相互转换，如以下实例所示。太阳能205可通过光伏电池206转变成电能。电能和气动/液压能可通过电动机/ 液压马达、泵或压缩机207相互转换。燃料电池208可对电能与化学能进行相互转换。电池系统209可对电能与化学能进行相互转换。化学能可通过内燃机210转换成机械能。气动能可通过泵/压缩机211与机械能进行相互转换。 
对于风力涡轮机系统内这些能量存储装置和能量转移装置的配置，可在这些装置之间提供互通。可提供系统控制器来根据系统状态控制这种能量转移。系统控制器可监测能量存储装置和能量转移装置的状态和容量。系统控制器可以是风力涡轮机控制器的一部分，或者可提供单独的控制装置。系统控制器可从与能量存储装置和能量转移装置的状态和容量相关联的多种传感器接收输入。系统控制器还可从风力涡轮机接收多个状态信号，其中这些状态信号可报告风力涡轮机运行状态及这种运行中的任何异常。当感测到运行的风力涡轮机需要从能量存储装置或另一备用能源提供能量时，系统控制器可确定适当的能源并采取行动来提供在线的备用电源。这种响应可包括用信号指示能量存储装置、能量转移装置及能源内的泵、马达、阀、致动器、开关等的运行。系统控制器可继续监测风力涡轮机，以确定运行状态是否持续。系统控制器还可继续监测能量存储装置或另一备用电源，以确定其持续地提供必要后备的能力及容量。如果第一能量存储装置或备用电源被耗尽，则系统控制器可确定另一能量存储装置或电源是否可用，然后使所述另一能量存储装置或电源投入使用。此外，在解决此事件之后，系统控制器可对所述能量存储装置或备用电源进行补充。 
图6例示用于风力涡轮机系统的互通的能量存储器的集成系统的示范性实施例。互通的能量存储器的集成系统405可包括系统控制器410及风力涡轮机系统415。系统控制器410可以是风力涡轮机控制器(图未示出)的部分或可与风力涡轮机控制器搭配使用。作为另外一种选择，可将控制和转变功能的逻辑内置于各个存储装置和转变装置中。风力涡轮机系统415可连接至电网(图未示出)。集成系统405 可包括多个能源(由能源1421及能源2422表示)，然而能量存储装置的数目不需限于任何特定的装置数目。集成系统405还可包括多个能量存储装置(由存储装置1431、存储装置2432及能量存储装置3433表示)，这些能量存储装置可以是蓄能器。然而，能量存储装置的数目不需限于任何特定的装置数目。能量存储装置431，432，433可通过一个或多个能量转移装置(由转变装置1441、转变装置2442及转变装置3443表示，但不仅限于这些转变装置)电性连接至能源。 
系统控制器410可通过多个已知感测装置来监测风力涡轮机系统435的运行状态，并接收状态信号451。系统控制器410可向风力涡轮机系统35提供输出控制信号461，包括与能量在风力涡轮机系统415、能量存储装置431，432，433及能源421，422之间的转移相关的操作。系统控制器410还可通过多个已知感测装置来监测风力涡轮机系统415的状态和容量，并接收风力涡轮机系统状态信号451。 
系统控制器410可通过多个已知感测装置来监测能源421，422的运行状态，并接收状态信号452。系统控制器410可向能源421，422提供输出控制信号462，包括与能量在风力涡轮机系统415、能量存储装置431，432，433及能量转移装置441，442，443之间的转移相关的操作。系统控制器410可通过多个已知感测装置来监测能量存储装置431，432，433的运行状态，并接收状态信号453。系统控制器410可向能量存储装置431，432，433提供输出控制信号463，包括与能量在风力涡轮机系统410、能源421，422及能量转移装置441，442，443之间的转移相关的操作。系统控制器410可通过多个已知感测装置来监测能量转移装置441，442，443的运行状态，并接收状态信号454。系统控制器410可向能量转移装置441，442，443提供输出控制信号464，包括与能量在风力涡轮机系统410、能源421，422及能量存储装置431，432，433之间的转移相关的操作。 
如上所述，集成系统405可对从能源421，422至风力涡轮机系统435的功率流471、能源与存储装置之间经过能量转移装置的功率 流472、存储装置之间经过能量转移装置的功率流473提供控制。能量存储装置432与风力涡轮机系统415之间的功率流可以是单向的功率流，如功率流474所表示。作为另外一种选择，其它能量存储装置431，433与风力涡轮机系统415之间的能量流可以是双向的。 
图7更详细地例示用于风力涡轮机系统535的互通的能量存储器的集成系统505。系统内的箭头表示能源、能量存储器、及使用能量的系统元件之间的可用能量流。涡轮机叶片520可操作地连接521至风力涡轮机30的传动系525。传动系525可包括主转子轴及联结至发电机(图2)的齿轮箱。传动系还可包括，或另一选择为包括位于主转子轴与发电机之间的液压联结器(图4)。传动系525的输出536可通过风力发电场的一系列已知电气装置(图未示出)连接至电网540。集成系统505还可包括多个电源，这多个电源可用以对一个或多个存储装置或使用能量的元件进行补充。这些电源可包括辅助风力涡轮机551、光伏电池552及燃烧驱动式发电机553。该系统还可包括例如氢库561等存储装置，以为作为另一电源的燃料电池554提供供应。 
这种风力涡轮机系统还可包括位于风力涡轮机530与电网540之间的电容器组存储装置。可从与电网540电性互连536的风力涡轮机对这些电容器组充电，且这些电容器组可在线路瞬变期间提供电力。 
可使用来自辅助风力涡轮机551、光伏电池552、燃烧驱动式发电机553及燃料电池554的电力对存储电池562和电容器组563充电。可通过燃料电池554对氢库561重新充电。此外，可使用来自电网540或风力涡轮机输出536的电力对存储电池562、电容器组563及氢存储器561重新充电。 
一般可将提供给风力涡轮机系统的电力划分成控制电力571、控制装置电力572、及辅助电力573。控制电力571可提供给系统控制器510及风力涡轮机控制器511、以及提供给控制逻辑、传感器及致动器，以用于风力涡轮机控制。控制装置电力572可应用至与对风力 涡轮机运行的控制相关联的控制装置581。这些控制装置581可包括偏转马达、节距马达、风力涡轮机通风装置等。辅助电力573可提供给例如航空照明元件、塔照明元件及其它塔服务元件等支持元件。 
集成系统还可包括联结至风力涡轮机传动系525的蓄能器591。蓄能器591可吸收来自风力涡轮机传动系525的过多电力或向风力涡轮机传动系525提供电力。例如气动存储装置592或高程存储装置(elevation storage device)的存储装置还可与风力涡轮机传动系相联结，以对蓄能器591进行补充。还可从转移装置595对蓄能器591进行充电，转移装置595可由如图5中用符号所表示的上述电源或存储装置供电。 
图8例示与风力涡轮机的主驱动系中的风能转换相关的液压泵送系统，其包括液压蓄能器以有助于低压过渡能力(low voltage ridethrough capability)。此处，图4所示的液压泵送系统还可包括液压蓄能器420，液压蓄能器420的大小适于通过将蓄能器联结至液压泵送系统121与液压马达136之间的馈送线路(液压流体循环系统)125来降低电网馈入电力的不规则性。 
用于互通的能量存储器的集成系统405的系统控制器410的另一实施例可从电力网150上的传感器491、从发电机140上的传感器492、从马达上的传感器493、从液压泵送系统121上的传感器494及从转子106上的传感器495接收系统状态输入。这些输入可用于电网上的小于约1秒的短期波动。在这种情形中，控制器410可从发电机140上的传感器491感测这种波动，调整蓄能器420向液压马达136提供稳定化输入，并控制液压蓄能器420的响应以使波动稳定。作为实例而并非用以限制，可由控制器410在用于控制装置426的致动器425上实施这种控制。还可认识到，液压蓄能器420可与其它能量存储装置/能源497相连，可控制498这些其它能量存储装置/能源497以补充或维持液压蓄能器420，如图7所示。 
在与提供能源或吸能源(与可操作地连接在转子106与发电机 120之间的液压联结器125相关)的液压蓄能器420相关的本发明另一方面中，可电性地致动静液压泵阀。泵阀的电操作可被构造成在切断电网电力时打开这些阀，从而使泵与液压蓄能器及泄压阀对准(lining up)以用作制动系统。 
在出现约1秒至约20秒的短期电网扰动的情形中，如果电网不再接受电力(例如在电压降落的情形中)，则蓄能器可从转子吸收能量。由于受到填充，蓄能器420中的压力将从发电机120向电网150递送电力时的压力水平开始上升。压力的增加将有助于风力涡轮机控制转子106的速度。在达到使泄压阀499提起的压力之后，蓄能器497中的压力将保持相对恒定。 
在这种配置中，传感器496可依据表示蓄能器容量的压力或其它参数来监视蓄能器420的容量。传感器496可向系统控制器410传送此信息，系统控制器410可以是风力涡轮机控制器或单独的控制装置，其中系统控制器可作出关于风力涡轮机继续运行或风力涡轮机停机的决定。 
为其它电源提供的传感器可向控制器提供与源相关的可用性信息和容量信息(图6)。 
系统控制器410可决定哪些电源可供用于应对特定的异常情况或特定的维护情况并命令特定的电源作出响应。例如，在遇到电网不规则性的情况下，系统控制器410可评估液压蓄能器420的容量并控制液压蓄能器向液压马达提供适当的液压动力，以平滑掉电网上的上述不规则性。 
在大于约20秒的更长时间的电网供电损失中，存储在蓄能器及其它能量存储装置中的能量可通过使控制装置和辅助系统继续运行而使风力涡轮机系统安全停机。图7例示多个能源、存储装置及能量转移装置，这多个能源、存储装置及能量转移装置可向风力涡轮机控制器、风力涡轮机控制装置以及向风力涡轮机辅助系统提供电力，如图9所示。风力涡轮机控制器511和系统控制器510(如果与风力涡 轮机控制器分离)可由控制电力571供电。由控制电力571供电的其它控制器可包括节距控制器、偏转控制器、制动控制器。由风力涡轮机控制装置电力供电的控制装置可包括传感器(例如温度传感器)以及用于节距控制、偏转控制及冷却的致动器。对于液压偏转系统，可由液压蓄能器(例如图8所示的420)提供偏转电力。其它风力涡轮机辅助装置(例如塔及内部照明装置)可由辅助电源573供电。可通过例如太阳能面板552、内燃机553、燃料电池554或辅助风力涡轮机551等自充式供电装置或通过需要外部电源的系统来维持各种电性系统中的能量水平，如图8所示。 
在许多维护状态中，由风力涡轮机产生的电力不可用来允许进行与风力涡轮机元件的定位和控制相关的必要操作。这些操作可包括：将转子移动至任何所需位置；使发电机转动至任何所需位置；使叶片转动至任何所需位置；使舱转动至任何所需位置；以及致动制动器(初级或次级)及锁定器。为在不发电期间维持系统中的能量，可使用能量存储装置和蓄能器中的一个或多个来对这些功能供电。在这些维护状态中，可能会需要人工开启和关闭或以其它方式调整能量存储装置和蓄能器，以识别维护要求或保存所存储的能量供后续使用。 
在本发明的另一实施例中，提供一种用于操作互通的能量存储装置的集成系统的方法。该集成系统适于向连接至电网的风力涡轮机的操作系统提供备用电源。备用电源可包括：连接至电网的至少一个风力涡轮机；至少一个风力涡轮机的至少一个操作系统，其在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源；能够提供备用电源的多个能量存储装置；多个能量存储装置中的至少两个之间的能量存储的互通；以及控制装置，用于控制能量存储装置与至少一个风力涡轮机系统之间的能量转移。 
图9例示用于操作互通的能量存储装置的集成系统的本发明性方法600的实施例。步骤601从风力涡轮机的转子、电网、所附辅助风力涡轮机、水力发电机、太阳能面板、以及地热发电装置中的至少一 者为能量存储装置供电。在步骤602中，系统感测装置感测风力涡轮机运行状态。在步骤603中，控制装置确定风力涡轮机运行状态。在步骤604中，针对风力涡轮机运行状态，控制装置确定需要在能量存储装置与风力涡轮机操作系统之间转移所存储的能量。在步骤605中，针对风力涡轮机运行状态，控制装置选择所述多个能量存储装置中可实现能量向风力涡轮机操作系统转移的一者。在步骤606中，针对风力涡轮机运行状态，控制装置启动所存储的能量在存储能量装置与风力涡轮机操作系统之间的转移。 
用于操作互通的能量存储器的集成系统的方法的其它方面可包括促动风力涡轮机的主驱动系中的液压转换器。此处，蓄能器联结至马达与泵之间的馈送线路，其中风力涡轮机运行状态是正常风力涡轮机运行并伴随有约小于1秒持续时间的电网馈入电力的不规则性，使得液压蓄能器向电网供电以降低不规则性。在风力涡轮机运行状态是约1秒至约20秒持续时间的短期电网扰动(在该持续时间中电网不再从风力涡轮机接受电力)的情况下，另一响应可能是促动风力涡轮机传动系中的液压蓄能器，以将来自风力涡轮机的过多电力转换成液压蓄能器中的蓄压，从而从风力涡轮机的转子吸收能量。另一步骤可包括促动液压蓄能器上的泄压阀，以从转子吸收过多能量。 
对于大于约20秒的更长时间的电网供电损失，该方法可包括：针对大于约20秒的长时间段电网供电损失的风力涡轮机运行状态，促动至少一个能量存储装置以向多个用于监测涡轮机运行的传感器供电；促动液压转换器以为液压偏转系统供电；电性促动液压转换器泵，以为用于风力涡轮机控制的多个致动器和用于风力涡轮机控制的多个控制器中的至少一者供电，其中致动器和控制器以某一模式停止作用，该模式允许蓄能器制动风力涡轮机；促动能量存储装置，以用于为多个辅助电路供电，辅助电路包括内部照明电路及航空照明电路；以及促动液压蓄能器，其中风力涡轮机运行状态所需的多个运行活动处于维护状态，并且多个能量蓄能器中的至少一者提供能源以用 于以下多个操作中的至少一者：将转子移动至任何所需位置；使发电机转动至任何所需位置；使舱转动至任何所需位置；以及致动初级和次级锁定器及初级和次级制动器。 
尽管在本文中对多个实施例进行了说明，然而根据本说明书将可理解，可在其中作出各种元件的组合、改变或改良，并且这些元件的组合、改变或改良处于本发明的范围内。 

Claims (10)

1.一种互通的能量存储装置的集成系统(405)，用于向风力涡轮机(530)的操作系统提供备用电源，所述风力涡轮机(530)连接至电网(540)，所述集成系统包括：
至少一个具有转子(521)的风力涡轮机(530)，所述风力涡轮机连接至电网(540)；
所述至少一个风力涡轮机(530)的至少一个操作系统(525)，581，582)，其在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源；
多个能量存储装置(431，432，433)，能够提供所述备用电源；以及
在所述多个能量存储装置(431，432)中的至少两个之间的能量存储的互通(442)。
2.如权利要求1所述的互通的能量存储装置的集成系统，其特征在于，所述多个能量存储装置(431，432，433)包括：至少两个能量存储装置，其能够提供所述备用电源且选自气动蓄能器(592)、电能蓄能器(563)、机械蓄能器(593)以及化学能蓄能器(562)。
3.如权利要求2所述的互通的能量存储装置的集成系统(405)，其特征在于还包括：
液压转换器(121，125)，可操作地连接在风力涡轮机主驱动系中的转子(106)与发电机(120)之间；以及
液压蓄能器(420)，可操作地联结至所述液压转换器(121，125)，其中，当风力涡轮机运行状态是正常风力涡轮机运行并伴随有电网馈入功率的少于约1秒持续时间的短期不规则性时，所述液压蓄能器(420)向所述液压转换器(121，125)提供电力，从而驱动发电机(120)以降低电力网(150)中的所述不规则性。
4.如权利要求2所述的互通的能量存储装置的集成系统，其特征在于还包括：
液压转换器(121，125)，可操作地连接在风力涡轮机主驱动系(525)中的转子(106)与发电机(120)之间；以及
液压蓄能器(420)，可操作地联结至所述液压转换器(121，125)；
其中，所述风力涡轮机运行状态是电网(150)上约1秒至约20秒持续时间的短期扰动，在所述持续时间中所述电网(150)接受少于所述风力涡轮机(530)的全部输出，来自所述风力涡轮机(530)的过多电力被转换成所述液压蓄能器(420)中的蓄压。
5.如权利要求2所述的互通的能量存储装置的集成系统(405)，其特征在于还包括：
偏转系统(124)；以及
液压蓄能器(591)，
其中，所述风力涡轮机运行状态是电网(150)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失，所述液压蓄能器(591)传递能量以供应所述偏转系统(124)。
6.如权利要求2所述的互通的能量存储装置的集成系统(405)，其特征在于还包括：
用于所述风力涡轮机(530)的多个传感器(491，492，493，494，495)，其中，当所述风力涡轮机运行状态是所述电网(540)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失时，所述多个能量蓄能器(562，563，591，592，593)中的至少一个向所述多个传感器中的至少一个提供电力；
用于所述风力涡轮机(530)的多个控制器(510，511，581)，其中，当所述风力涡轮机运行状态是所述电网(540)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失时，所述多个能量蓄能器(562，563，591，592，593)中的所述至少一个提供能源给所述多个控制器中的至少一个；以及
用于所述风力涡轮机(530)的多个致动器(581，582)，其中，当所述风力涡轮机运行状态是出现大于约20秒的长时间段的电网供电损失时，所述多个能量蓄能器(562，563，591，592，593)中的所述至少一个提供能源给所述多个控制器中的至少一个。
7.如权利要求2所述的互通的能量存储装置的集成系统(405)，其特征在于还包括：
静压转换器泵(121)，其被电性促动；
用于风力涡轮机控制的多个致动器(114，124，582)；
用于风力涡轮机控制的多个控制器(581，511)；以及
其中，在所述电网(540)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失期间，所述致动器和所述控制器以某一模式停止作用，以允许所述蓄能器(420)制动所述风力涡轮机(530)。
8.一种互通的能量存储装置的集成系统(405)，用于向风力涡轮机(530)的操作系统(525，581，582)提供备用电源，所述风力涡轮机(530)连接至电网(540)，所述集成系统包括：
至少一个风力涡轮机(530)，连接至电网(540)；
所述至少一个风力涡轮机(530)的至少一个操作系统(511，525，581，582)，其在风力涡轮机运行状态期间需要备用电源；
多个能量存储装置(562，563，591，592，593)，能够提供所述备用电源，所述多个能量存储装置(562，563，591，592，593)包括至少两个能够提供所述备用电源的能量存储装置，所述能量存储装置选自气动蓄能器(592)、电能蓄能器(563)、机械蓄能器(593)以及化学能蓄能器(562)；
在所述多个能量存储装置(562，563，591，592，593)中的至少两个之间的能量存储的互通；以及
控制器(410)，适于控制能量在所述能量存储装置与至少一个风力涡轮机操作系统(511，525，581，582)之间的转移，其中，所述控制器确定所述至少一个风力涡轮机(530)的至少一个系统需要备用电源，评估所述多个能量存储装置(562，563，591，592，593)的能力，并选择所述能量存储装置以提供所述备用电力，以及启动和控制能量向需要所述备用电力的所述风力涡轮机系统的转移。
9.一种用于操作互通的能量存储装置的集成系统(405)的方法，所述互通的能量存储装置的集成系统(405)用于向连接至电网的风力涡轮机的操作系统(511，525，581，582)提供备用电源，所述互通的能量存储装置的集成系统(405)包括至少一个风力涡轮机(530)，所述至少一个风力涡轮机(530)连接至电网(540)，其中，所述至少一个风力涡轮机的至少一个操作系统在风力涡轮机运行状态期间需要来自多个能量存储装置(561，562，563，591，592，593)的备用电源，所述多个能量存储装置(561，562，563，591，592，593)能够提供所述备用电源，所述方法包括：
从所述风力涡轮机(530)的传动系(525)、所述电网(540)、所附辅助风力涡轮机(551)、辅助发电机(553)、太阳能面板(552)、以及地热发电装置中的至少一个为至少一个能量存储装置(561，562，563，591，592，593)供电；
通过系统传感器(491，492，493，494，495)感测风力涡轮机运行状态；
通过控制装置(511，581)确定所述风力涡轮机运行状态；
针对所述风力涡轮机运行状态，通过所述控制装置(511，581)确定需要在所述至少一个能量存储装置(561，562，563，591，592，593)与风力涡轮机操作系统之间转移所存储能量；
针对所述风力涡轮机运行状态，通过所述控制装置(511，581)选择所述至少一个能量存储装置(561，562，563，591，592，593)，以实现能量向所述风力涡轮机操作系统的转移；以及
针对所述风力涡轮机运行状态，通过控制装置启动所存储能量在能量存储装置(561，562，563，591，592，593)与风力涡轮机操作系统之间的转移。
10.一种用于操作风力涡轮机(530)的互通的能量存储装置的集成系统(405)的方法，所述方法包括以下步骤中的至少一者：
促动所述风力涡轮机(530)的主驱动系(525)中的液压转换器(121，125)，其中，蓄能器(420)为所述液压转换器供电，风力涡轮机运行状态是正常风力涡轮机运行并伴随有电网(150)的馈入电力的约小于1秒持续时间的不规则性，从而使所述液压蓄能器(420)向所述电网(150)供电以降低所述不规则性；
促动液压蓄能器(420)，所述液压蓄能器(420)包括泄压阀(499)，其中，所述风力涡轮机运行状态是所述电网(150)上出现约1秒至约20秒持续时间的短期扰动，在所述持续时间中，所述电网不再从所述风力涡轮机(530)接受电力，并且来自所述风力涡轮机(530)的电力被转换成所述液压蓄能器(421)中的蓄压，以从所述风力涡轮机的转子(106)吸收能量；
促动液压转换器(420)，其中，所述风力涡轮机运行状态是所述电网(150)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失，从而使所述液压蓄能器(421)传递能量以为偏转系统(124)供能；以及
电性地促动静压转换器泵(121)，以提供电力给用于风力涡轮机控制的多个致动器(582)和用于风力涡轮机控制的多个控制器(581)中的至少一个，其中，在所述电网(150)上出现大于约20秒的长时间段的供电损失期间，所述致动器和所述控制器以某一模式停止作用，以允许所述液压蓄能器(420)制动所述风力涡轮机(530)。
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