CN102165190A - 涡轮机速度稳定控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮机发电系统(1)的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，包括用于将能量从风力涡轮机转子(2)传递至发电机(20)的闭环液压静力传动系统(10)。排量致动器(d)配置用于从涡轮机速度控制系统(30)接收排量控制信号(ds)以及用于控制排量马达(12)的排量。控制系统(30)包括涡轮机转子旋转速度反馈控制环(32)，其设置用于基于涡轮机转子设定旋转速度(ωps)与涡轮机转子实际旋转速度(ωp)的偏差来计算排量控制信号(ds)。此外，液压压力量计(pm)测量液压静力系统(10)的液压压力以及提供液压压力信号(ps)作为压力反馈控制环(31)的输入，以基于液压压力信号(ps)稳定排量控制信号(ds)。

Description

涡轮机速度稳定控制系统
技术领域
本发明涉及用于涡轮机发电系统的控制环涡轮机旋转速度控制系统以及用于控制涡轮机旋转速度的方法。
在实施例中，本发明涉及涡轮机发电系统的涡轮机速度的控制和稳定。需要闭环速度控制以精确地设定涡轮机速度并且还用于防止速度振荡，否则该速度振荡在一些风力状况下出现。该系统的动态性能和稳定性很大程度上取决于闭环液压静力传动系统的内部泄漏水平，该动态性能和稳定性的效果通过涡轮机速度和扭矩的操作点来修整。本发明更具体地涉及一种用于防止涡轮机速度变化的系统和方法，所述涡轮机速度变化由闭环液压静力传动系统中的内部泄漏所致的涡轮机速度变化引起，所述闭环液压静力传动系统用于将能量从涡轮机传递至发电机。
背景技术
在常规风力涡轮机发电系统中，来自于风力的能量被机械地(直接地或通过旋转增速齿轮机构)传递到发电机。发电机必须以额定速度旋转，以能够将电力传输到连接到发电系统的电网或网络。如果在低风速状况期间涡轮机未向系统供应合适水平的机械扭矩，那么其将未能传输能量，且相反发电机起作用为电动机并且电网将通过机械齿轮机构驱动发电机和涡轮机。在另一方面，如果风力太大，那么风力涡轮机转子的角速度可能针对发电机来说太大而不能正确地操作或者机械装置可由于强风力而遭到破坏。
美国专利US-A-6,911,743描述了一种风力涡轮机发电系统，其包括用于将风能传递给发电机的主齿轮驱动传动装置。具有可变排量的液压传动装置系统与齿轮驱动系统并行地运行。齿轮驱动传动装置和液压传动泵都由推进器通过分流齿轮驱动。在发电机侧，液压马达改变互连机械传动装置和发电机轴的行星齿轮的传动比。为了获得在波动风速下发电机的恒定旋转速度，风速被测量并且用作控制器的输入，该控制器能够根据被测量风速改变可变排量液压马达/泵的排量。
在数篇文献中已经提出使用液压静力传动系统，所述液压静力传动系统包括用于将能量从涡轮机传递到发电机的液压泵和液压马达。通过采用具有可变排量的液压泵和/或马达，可能快速地改变液压系统的传动比，以在变化风力状况下保持期望发电机速度。
在US-A-4,503,673(Schachles，1979)中，涡轮机泵所产生的液压压力被感测并且与基准值比较，所述基准值随着风速而变化。如果压力低于设定值，那么马达排量增加，因而增加涡轮机速度直到实际压力等于设定压力为止。因此，当风速增加时，涡轮机速度也按照基准值随风速变化的方式增加，以便产生恒定叶尖速比(TSR)。
与在US-A-4,503,673中所描述的使用压力测量值来控制发电机速度的系统相比，测量涡轮机旋转速度以及使用其作为根据本发明的控制系统的输入具有一些益处。这些益处包括：
-最大效率操作点的改进精度。这是由于在给定风速下针对涡轮机速度变化的液压压力的低变化率，涡轮机速度变化会导致其操作中的不确定性。还可能的是，图形关系是向上凹曲的，这会加剧该问题。使用涡轮机速度控制，可更精确地限定产生最大涡轮机效率的速度。
-由于上述原因以及还由于在系统中液压压力升高的方式，可能的是，在提供对于压力控制系统的可接受动态响应中存在问题。在该情况下并且为了避免不稳定性，系统控制器增益值会必须设定在一定水平，该水平会进一步牺牲其稳态精度。
日本专利申请JP11287178描述了一种风力涡轮机发电系统，其包括在闭环液压静力系统中的液压泵和液压马达，以驱动发电机。发电机/液压马达组件的旋转速度被测量并且用作控制器的输入，该控制器能够改变可变排量液压马达的排量，以保持发电机速度且因此输出频率在波动风速下是稳定的。作为测量发电机旋转速度的替代方法，JP11287178还描述了一种系统，其中在液压传动系统的高压侧中的油压被测量并且用作控制器的输入，该控制器能够改变可变排量液压马达的排量，以保持发电机速度且因此输出频率在波动风速下是稳定的。
液压静力传动系统允许在定位部件方面比机械传动装置更为灵活。
将发电机再定位成远离风力涡轮机发电系统的塔顶部会将显著量的重量从塔顶部移除。替代地，发电机可设置在地面上或者在塔底部。液压静力马达和发电机在地面高度上的这种配置将进一步便于管理和维护这些部件，因为它们在地面高度容易被接近。
Gelhard等人的国际专利申请WO-A-94/19605描述了一种风力涡轮机发电系统，其包括桅杆，驱动发电机的推进器安装在该桅杆上。在推进器轴的动力被液压地传输给发电机。推进器优选地驱动液压泵，所述液压泵由液压管线连接到驱动发电机的液压马达。液压传动装置使得可能将十分笨重的发电机定位在地面上的机械壳体内。这减少了桅杆上的负荷且因而使得可能更轻且更便宜地设计桅杆以及底座。
在所谓的替代能量领域中的趋势在于，需要具有更大功率的更大风力涡轮机。当前正在安装5MW系统，且10MW系统处于研发阶段。尤其对于远离有居民地区的离岸安装来说，更大的系统可能是环境上更为被接受的且更为成本有效的。在该情形中，风力涡轮机的机舱中部件的重量和维护进入变为关键问题。考虑到常规风力涡轮机大约30％的停机时间与机械齿轮箱有关、5MW发电机和相关机械齿轮装置的重量通常在50000至200000kg、以及涡轮机的中心伸出高于地面或海面100至150m，容易理解的是，部署和维护具有在机舱中的机械齿轮装置和发电机的常规系统是昂贵和困难的。
与包括机械增速齿轮装置的常规风力涡轮机系统(并且发电机设置在风力涡轮机发电系统的机舱中)不同，本发明的发电机由于液压传动系统的柔性而可设置在地面上或靠近地面、以及靠近海面，用于离岸或靠近海岸应用。由于被传输的功率和风力涡轮机尺寸在增加，传动系和发电机的位置和重量对于安装和维护来说变得日益重要。
US-A-6,922,743描述了一种涡轮机驱动发电系统和用于控制涡轮机驱动发电系统的方法，其中涡轮机由具有随时变化的流体速度的流体(风)驱动。涡轮机连接到液压排量泵，所述泵连接到闭环液压系统中的液压马达。马达驱动发电机。速度测量信号(风速)被用作输入，用于持续地计算用于作用在所述液压马达上的按容量计排量控制致动器的控制信号，所述按容量计排量控制致动器设置用于持续地调节液压马达的按容量计排量。
国际专利申请WO-A-2007/053036描述了一种具有设置用于保持发电机的旋转速度和保持涡轮机叶尖速比的闭环控制系统的涡轮机驱动发电系统。
对于连接到电网的涡轮机，其中发电机操作在同步速度下，通过改变液压马达的排量可改变涡轮机速度。这可形成涡轮机速度的闭环控制的一部分，令人满意地实现该闭环控制，需要在控制系统中开发出一些算法。
在发电机连接到电网且发电机由液压马达直接驱动(例如，发电机轴固定到液压马达的轴)的情形中，马达操作在几乎恒定旋转速度，且对于该情形，涡轮机速度可与马达排量直接相关，如图2所示，其中示出了对于保持在恒定值的马达速度来说涡轮机速度相对于马达排量的正常变化。因此，对于给定排量，存在对于最大排量状况的涡轮机速度的具体理想值(例如，在点A)。然而，如图2所示，由于泵或马达中的内部泄漏，涡轮机速度的值将增加至点B。泄漏流量的水平取决于液压压力并且因此随着液压压力而增加，所述液压压力自身随着风速和涡轮机速度而变化，如图3所示。泄漏率也由于流体速度的减少而随着液压流体温度而增加。图3还示出了相对于涡轮机速度和风速的液压静力系统的压力特征。从图形中可以看出，具有最大压力(和对应扭矩)的涡轮机速度随着风速而变化，且涡轮机速度/压力曲线的斜率从正值改变为负值。这种表现可产生系统中的振荡或不期望变化，从而导致降低的总效率和可能的机械磨损。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于涡轮机发电系统的闭环涡轮机旋转速度控制系统，所述涡轮机发电系统设置成由流体驱动，所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子传递至发电机的闭环液压静力传动系统，其中所述液压静力传动系统包括：泵；可变排量马达；排量致动器(d)，所述排量致动器配置用于从所述涡轮机速度控制系统接收排量控制信号(ds)以及进一步配置用于基于所述控制信号(ds)控制所述排量马达的排量；和液压压力量计(pm)，所述液压压力量计配置用于测量所述液压静力系统的液压压力以及提供液压压力信号(ps)，所述闭环涡轮机旋转速度控制系统包括涡轮机转子旋转速度反馈控制环，所述涡轮机转子旋转速度反馈控制环设置用于基于涡轮机转子设定旋转速度(ωps)与涡轮机转子实际旋转速度(ωp)的偏差来计算所述排量控制信号(ds)，所述闭环涡轮机旋转速度控制系统还包括压力反馈控制环，所述压力反馈控制环设置用于基于所述液压压力信号(ps)稳定所述涡轮机转子实际旋转速度(ωp)。
根据本发明的第二方面，提供一种用于控制由流体驱动的涡轮机发电系统的涡轮机旋转速度(ωp)的方法，其中所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子传递至发电机的闭环液压静力传动系统，其中所述液压静力传动系统包括泵、可变排量马达和排量致动器(d)，所述排量致动器用于从所述涡轮机速度控制系统接收排量控制信号(ds)以及基于所述控制信号(ds)控制所述排量马达的排量，所述方法包括以下步骤：设置涡轮机设定旋转速度(ωps)；测量涡轮机实际旋转速度(ωp)并且提供涡轮机实际旋转速度信号(Sωp)；测量所述液压静力系统的液压压力(pm)并且提供液压压力信号(Sp)；基于涡轮机设定旋转速度(ωps)与涡轮机实际旋转速度信号(Sωp)之间的差连续地计算所述排量控制信号(ds)；以及基于所述液压压力信号(ps)连续地稳定涡轮机转子实际旋转速度(ωp)，以稳定排量控制信号(ds)。
根据本发明的第三方面，提供一种发电组件，所述发电组件包括根据本发明第一方面的涡轮机和闭环涡轮机旋转速度控制系统。
在实施例中，本发明提供一种通过防止由内部泄漏导致的涡轮机速度变化引起的速度变化出现来改进在包括液压静力传动系统的涡轮机发电系统中的涡轮机旋转速度闭环控制系统的稳定性的方法和系统。
在实施例中，本发明是一种用于由流体驱动的涡轮机发电系统的闭环涡轮机旋转速度控制系统。涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子传递至发电机的闭环液压静力传动系统，其中所述液压静力传动系统包括泵和可变排量马达。此外液压静力传动系统还包括排量致动器，所述排量致动器配置用于从所述涡轮机速度控制系统接收排量控制信号以及基于所述控制信号控制所述排量马达的排量。液压压力量计配置用于测量所述液压静力系统的液压压力以及提供液压压力信号。
闭环涡轮机旋转速度控制系统包括涡轮机转子旋转速度反馈控制环，所述涡轮机转子旋转速度反馈控制环设置用于基于涡轮机转子设定旋转速度与涡轮机转子实际旋转速度的偏差来计算所述排量控制信号。所述闭环涡轮机旋转速度控制系统还包括压力反馈控制环，所述压力反馈控制环设置用于基于所述液压压力信号阻尼所述排量控制信号。
在实施例中，本发明是一种用于控制由流体驱动的涡轮机发电系统的涡轮机旋转速度的方法，其中所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子传递至发电机的闭环液压静力传动系统。所述液压静力传动系统包括泵、可变排量马达和排量致动器，所述排量致动器从所述涡轮机速度控制系统接收排量控制信号以及基于所述控制信号控制所述排量马达的排量。所述方法包括以下步骤：
-设置涡轮机设定旋转速度；
-测量涡轮机实际旋转速度并且提供涡轮机实际旋转速度信号；
-测量所述液压静力系统的液压压力并且提供液压压力信号；
-基于涡轮机设定旋转速度与涡轮机实际旋转速度信号之间的差连续地计算所述排量控制信号；以及
-基于所述液压压力信号连续地修整排量控制信号，以减少排量控制信号的偏差。
在发电机连接到电网且发电机由液压马达直接驱动(例如，发电机轴固定到液压马达的轴)的情形中，马达操作在几乎恒定旋转速度。在本发明的该实施例中，泵的速度与马达速度之间的关系很大程度上由其排量的比确定。然而，由于泵和/或马达的油泄漏，该关系被影响。泄漏流量的水平取决于液压压力且因而随着液压压力而增加，所述液压压力自身随着风速和涡轮机速度变化。已知的是，这可能导致系统的不稳定和振荡。通过添加新的压力控制环来进一步稳定用于致动马达排量的控制信号，本发明的实施例可对其进行补救。在本发明的实施例中，控制环包括高通滤波器，以便避免在液压静力传动系统中的液压压力的稳态变化影响涡轮机速度控制环。
附图说明
现将参考附图来详细描述本发明的实施例的示例，在附图中：
图1a和1b描述了根据本发明实施例的用于具有闭环液压静力系统的涡轮机发电系统中的控制系统的框图。
图2描述了涡轮机速度相对于排量的正常变化视图，其中发电机速度保持在恒定值。该附图还示出了涡轮机速度如何能由于液压静力传动系统中的内部泄漏而增加。
图3描述了液压压力如何能随着涡轮机速度和风速而变化的视图，并且曲线的斜率在风速变化时可针对相同涡轮机速度而显著变化。
图4a描述了根据本发明实施例的具有涡轮机速度和压力反馈的闭环控制系统的框图。
图4b是控制系统的实施方式的图示，其中高通滤波器用于抑制液压压力反馈的稳态变化。
图5是根据本发明实施例的液压传动和控制回路的视图。
图6描述了针对风速变化的涡轮机速度变化。
图7描述了涡轮机扭矩如何随着涡轮机速度和涡轮机叶片倾斜角而变化的视图。
图8描述了根据本发明实施例的操作涡轮机速度如何通过恒定马达排量变得不稳定以及涡轮机速度如何能通过控制系统稳定的视图。
图9描述了在涡轮机速度指令阶跃变化之后的受控稳态如何取决于压力反馈闭环增益的视图。该附图还描述了在没有压力反馈情况下根据本发明实施例的控制系统在稳态相对于速度控制系统的改进。
图10描述了根据本发明实施例的风力涡轮机发电系统的竖直截面，其中液压静力传动系统的液压马达和发电机定位在塔的底部或靠近地面。
具体实施方式
现将参考附图来描述本发明的多个实施例。
在开发新的轻质风力和水力涡轮机系统中，液压静力传动系统是重要的。在该文献之前已经详尽地描述了能够将发电机移出机舱以减少机舱的重量的优势。
在发电机连接到电网且发电机由液压马达直接驱动(例如，发电机轴固定到液压马达的轴)的情形中，马达以几乎恒定旋转速度操作并且在该情形中涡轮机速度可与马达排量直接相关，如图2所示，其中示出了针对保持在恒定值的马达速度的涡轮机速度相对于马达排量的正常变化。因此，对于给定排量，存在涡轮机速度的具体理想值，例如对于最大排量状况的点A。然而，如图2所示，由于泵或马达中的内部泄漏，该涡轮机速度值将增加至点B。泄漏流量的水平取决于液压压力并且因此随着液压压力而增加，所述液压压力自身随着风速和涡轮机速度而变化，如图3所示。由于流体粘度的减少，泄漏率也随着液压流体的温度而增加。图3还示出了液压静力系统相对于涡轮机速度和风速的压力特征。从图示中可以看出，具有最大压力(和对应扭矩)的涡轮机速度随着风速而变化，涡轮机速度/压力曲线的斜率可从正值变化为负值。这种表现可产生系统中的振荡或不期望变化。
图4a中的框图示出了本发明实施例中涡轮机旋转速度控制系统的基本元件，藉此测量涡轮机旋转速度被反馈并且与设定速度比较。当测量速度大于设定速度时，负输出(错误信号)导致马达排量的减少。
图4a还示出了压力反馈控制环，使得系统阻尼增加，从而比例增益自身可增加至一定水平，该水平针对液压压力的变化(涡轮机扭矩)仅赋予涡轮机速度的少量变化。
在如图1a所述的实施例中，本发明是用于涡轮机发电系统1的闭环涡轮机旋转速度控制系统30，所述涡轮机发电系统设置成通过流体3驱动。涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子2传递至发电机20的闭环液压静力传动系统10，其中所述液压静力传动系统10包括泵11和可变排量马达12。此外，其还包括排量致动器d，所述排量致动器设置用于接收来自于所述涡轮机速度控制系统30的排量控制信号ds以及基于控制信号ds控制排量马达12的排量。液压压力量计pm设置用于测量液压静力系统10的液压压力并且提供液压压力信号ps。
闭环涡轮机旋转速度控制系统30包括涡轮机转子旋转速度反馈控制环32，其设置成基于涡轮机转子设定旋转速度ωps与涡轮机转子实际旋转速度ωp的偏差来计算排量控制信号ds。闭环涡轮机旋转速度控制系统30还包括压力反馈控制环31，其基于液压压力信号ps稳定所述涡轮机转子实际旋转速度ωp。
此外，在一个实施例中，本发明是一种用于控制流体3所驱动的涡轮机发电系统1的涡轮机旋转速度ωp的方法，其中所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子2传递至发电机20的闭环液压静力传动系统10。液压静力传动系统10包括泵11、可变排量马达12以及排量致动器d，所述排量致动器接收来自于涡轮机速度控制系统30的排量控制信号ds并且基于所述控制信号ds控制排量马达12的排量。该方法包括以下步骤：
-设置涡轮机设定旋转速度ωps；
-测量涡轮机实际旋转速度ωp并且提供涡轮机实际旋转速度信号Sωp；
-测量液压静力系统10的液压压力pm并且提供液压压力信号ps；
-基于涡轮机设定旋转速度ωps与涡轮机实际旋转速度信号Sωp之间的差计算(优选地连续进行)排量控制信号ds；以及
-基于液压压力信号ps稳定(优选地连续进行)涡轮机转子实际旋转速度ωp，以减少排量控制信号ds的偏差。
控制系统的稳态和动态性能取决于图2中的控制线的斜率，其中控制线的最大斜率受闭环控制系统的稳定性限制。为了减少该稳定性限制，在图4a中的放大部提供补偿元件，其修整比例速度控制行为。
使用压力反馈使得系统阻尼增加，从而比例增益自身可增加到一定水平，该水平针对液压压力(涡轮机扭矩)的变化赋予少量的涡轮机速度变化。作为替代方式，比例增益可用比例加积分算法(PID)补偿器来替换，其可以是或可以不是提前/延迟或相提前补偿算法，使得不需要压力反馈。
在发电机连接到电网且发电机20由液压马达12直接驱动(例如，发电机轴固定到液压马达12的轴)的情形中，马达12操作在在几乎恒定旋转速度。在本发明的实施例中，泵11和马达12的速度之间的关系很大程度上由其排量比确定，然而，由于泵和/或马达的油泄漏，该关系被影响。泄漏流量的水平取决于液压压力且因而催着液压压力而增加，所述液压压力自身随着风速vf和涡轮机速度ωp而变化。如所示的，这可导致系统的不稳定和振荡。通过添加新的压力控制环来进一步稳定用于致动马达排量的控制信号，本发明的实施例可对其进行补救。
在本发明的实施例中，控制环包括高通滤波器hpf，如图1a和4b所示，以便避免在液压静力传动系统中的液压压力的稳态变化影响涡轮机速度控制环。在图1a中，块14表示控制系统30的附加功能块。这在图4a和4b中详细地描述，其中还可以看出，涡轮机和液压系统的系统动态性能影响控制环。
控制算法被包含在图4a中的“放大和处理控制算法”块中，且这会通常包括如图4b所示的元件。
在本发明的实施例中，发电系统1是风力涡轮机发电系统，且泵11设置在机舱16内，可变排量马达12和发电机20设置在机舱16下面，如图10所示。控制系统30可设置成靠近地面、在机舱中、或者设置为在机舱16和塔17中的分布式控制系统中。在发电系统被离岸或近海岸安装的实施例中，可变排量马达12和发电机20可设置成靠近海面或在海面下方。
在本发明的实施例中，如图1b所示，闭环涡轮机旋转速度控制系统30设置用于接收速度信号vfs(其代表所述流体3的速度vf)，并且进一步设置用于在TSP功能块15中计算所述涡轮机设定旋转速度ωps，从而能够保持设定涡轮机叶尖速比tsrset并且藉此在所述流体速度vf波动期间实现发电系统1的改进发电效率。优选地，该系统配置用于连续地接收速度信号vfs。
如前所述，速度控制将起作用成防止由内部泄露引起的涡轮机速度变化导致的速度变化。
图6示出了在开始阶段从8m/s增加到14m/s的风速时模拟涡轮机速度的变化。当操作在恒定马达排量时，可以看出，操作速度大于在涡轮机速度被闭环控制时得到的速度。这是由随着增加的负荷压力而增加的泄漏引起的。
模拟研究表明，通过涡轮机的扭矩特征相比于涡轮机速度(例如，正斜率扭矩曲线)而产生振荡。在图7中示出了对于操作在恒定速度下的涡轮机来说随着扭矩速度特征的风速的操作斜率变化。
在图6中可以看出，对于在恒定马达排量下操作的速度振荡，其由扭矩/速度特征的斜率引起。该效应可比图8中所示的其它情形更大，在图8中，操作涡轮机速度在恒定马达排量下变得不稳定。
在图9中示出了根据本发明实施例的控制系统的益处的示例。对于速度要求0.05rad/s的阶跃变化，受控稳态值将取决于闭环增益。在没有压力反馈的情况下，该增益值由系统的稳定性限制。
从图9可以看出，在没有压力反馈的情况下，对于0.05的阶跃变化的0.027的稳态值来说，响应显著振荡。在具有压力反馈的情况下，从图9可以看出稳态增益可增加，其减少了振荡并且将稳态值增加至0.0485(0.97精度)。
图5示意性地描述了风力发电系统1的元件、液压元件、以及在本发明实施例中控制系统的元件。
液压恒定排量泵11通过供应管道75和回流管道76连接到可变排量液压马达12。液压静力系统更换通过外部泄漏丧失的流体所需的液压流体由泵33从贮存器77供应。
泵11和马达12设置为封闭回路液压静力系统10，其可由通过泵33从贮存器泵送的流量增压。回路包含用于控制压力以及冷却用于泵11和马达12的流量的元件。涡轮机轮毂67包含用于叶片68的安装件，所述叶片的角度αp可通过由所需的倾斜控制子系统控制的致动器来调节。为此目的，来自于泵11的流量可以作为操作制动器(未示出)所需的任何流量。
马达排量控制子系统14用于向马达排量致动器d提供控制信号ds以根据控制马达12排量的需要改变马达排量，以便间接控制涡轮机2的旋转速度ωp和/或间接控制马达12的旋转速度ωM。
从增压器泵33输出的压力被泄压阀42控制并且将其流量从贮存器通过过滤器41。该加压流量借由任一止回阀37传送到液压静力回路10的低压侧中。来自于泄压阀42的流量通过泵11和马达12的外壳，用于冷却这些单元。流量还可借由清洗阀39和泄压阀40从高压回路提取，该流量被添加到进入泵11外壳中的冷却流量。来自于马达12外壳的冷却流量传送通过冷却器44和过滤器45，之后返回至贮存器77。在液压静力系统压力超过预定值的情况下，任一泄压阀38将打开以将流量传送到液压静力系统的低压侧。
对于速度控制的动态性能及其稳定性的改进，本领域技术人员已知的补偿技术可应用到马达排量控制系统。这包括液压压力的反馈和使用PID(比例、积分和微分)控制回路，该PID控制回路允许系统增益增加，从而将改进阻尼和稳态精度。
已经具体参考所描述的示例说明了本发明的实施例。但是应当理解的是，在本发明的范围内，可作出示例的变化和修改。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机发电系统(1)的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，所述涡轮机发电系统设置成由流体(3)驱动，所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子(2)传递至发电机(20)的闭环液压静力传动系统(10)，其中所述液压静力传动系统(10)包括：
-泵(11)；
-可变排量马达(12)；
-排量致动器(d)，所述排量致动器配置用于从所述涡轮机速度控制系统(30)接收排量控制信号(ds)以及进一步配置用于基于所述控制信号(ds)控制所述排量马达(12)的排量；和
-液压压力量计(pm)，所述液压压力量计配置用于测量所述液压静力系统(10)的液压压力以及提供液压压力信号(ps)，
所述闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)包括涡轮机转子旋转速度反馈控制环(32)，所述涡轮机转子旋转速度反馈控制环设置用于基于涡轮机转子设定旋转速度(ωps)与涡轮机转子实际旋转速度(ωp)的偏差来计算所述排量控制信号(ds)，
所述闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)还包括压力反馈控制环(31)，所述压力反馈控制环设置用于基于所述液压压力信号(ps)稳定所述涡轮机转子实际旋转速度(ωp)。
2.根据权利要求1所述的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，其特征在于，所述发电机(20)操作在恒定旋转速度。
3.根据权利要求1或2所述的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，还包括高通滤波器(hpf)，所述高通滤波器设置用于抑制所述液压压力信号(ps)的稳态变化效应。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，其特征在于，所述发电系统(1)是风力涡轮机发电系统，且其中，所述泵(11)设置在机舱中，所述可变排量马达(12)和所述发电机(20)设置在所述机舱下面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，其特征在于，所述闭环涡轮机旋转速度控制系统还设置用于连续地接收表示所述流体(3)速度(vf)的速度信号(vfs)以及还设置用于计算所述涡轮机设定旋转速度(ωps)，以便能够保持设定涡轮机叶尖速比(tsrset)并藉此实现在所述流体速度(vf)波动期间发电系统(1)的改进发电效率。
6.一种用于控制由流体(3)驱动的涡轮机发电系统(1)的涡轮机旋转速度(ωp)的方法，其中所述涡轮机发电系统包括用于将能量从风力涡轮机转子(2)传递至发电机(20)的闭环液压静力传动系统(10)，其中所述液压静力传动系统(10)包括泵(11)、可变排量马达(12)和排量致动器(d)，所述排量致动器配置用于从所述涡轮机速度控制系统(30)接收排量控制信号(ds)以及基于所述控制信号(ds)控制所述排量马达(12)的排量，
所述方法包括以下步骤：
-设置涡轮机设定旋转速度(ωps)；
-测量涡轮机实际旋转速度(ωp)并且提供涡轮机实际旋转速度信号(Sωp)；
-测量所述液压静力系统(10)的液压压力(pm)并且提供液压压力信号(Sp)；
-基于所述涡轮机设定旋转速度(ωps)与所述涡轮机实际旋转速度信号(Sωp)之间的差连续地计算所述排量控制信号(ds)；以及
-基于所述液压压力信号(ps)连续地稳定涡轮机转子实际旋转速度(ωp)，以稳定排量控制信号(ds)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发电机(20)操作在恒定旋转速度。
8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括步骤：在修整所述排量控制信号(ds)之前抑制所述液压压力信号(ps)的稳态变化。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述发电系统(1)是风力涡轮机发电系统，且其中，所述泵(11)设置在机舱中，所述可变排量马达(12)和所述发电机(20)设置在所述机舱下面。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，还包括以下步骤：基于流体速度(vf)连续地计算涡轮机转子设定旋转速度(ωps)，以便能够保持设定涡轮机叶尖速比(tsrset)并藉此实现在所述流体速度(vf)波动期间发电系统(1)的改进发电效率。
11.一种用于由流体(3)驱动的涡轮机发电系统(1)的闭环涡轮机旋转速度控制系统(30)，所述闭环涡轮机旋转速度控制系统大致如附图中的任一图片所示和/或关于附图中的任一图片所描述的。
12.一种用于控制由流体(3)驱动的涡轮机发电系统(1)的涡轮机旋转速度(ωp)的方法，所述方法大致如附图中的任一图片所示和/或关于附图中的任一图片所描述的。
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