CN102803718A - 风轮发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞和轴承的摩擦热的问题的风轮发电机及其操作控制方法。该风轮发电机1包括由主轴8旋转的可变排量式的液压泵12、连接到发电机20的可变排量式的液压马达14以及布置在液压泵12与液压马达14之间的高压油管16和低压油管18。操作模式选择单元38使操作模式在正常操作模式与低转速操作模式之间切换。该低转速操作模式具有比正常操作模式低的主轴8的额定转速，液压泵12的额定排量和高压油管的额定压力中的至少一个比正常操作模式中的大，并且发电机20的额定输出与正常操作模式中的基本相同。操作模式选择单元38根据环境状况来选择正常操作模式或低转速操作模式。

Description

风轮发电机
技术领域
本发明涉及一种将转子的旋转经由具有液压泵和液压马达的组合的流体传动装置传输到发电机的风轮发电机以及该风轮发电机的操作方法。
背景技术
近年来，从保护环境的视角看，使用利用作为可再生能源的一种形式的风能的风轮发电机正变得流行。
该风轮发电机将风的动能转化成转子的旋转能并进一步通过发电机将转子的旋转能转化成电功率。在普通的风轮发电机中，转子的转速大约为每分钟几转到每分钟几十转。同时，发电机的额定速度通常为1500rpm或1800rpm，因而将机械变速箱设置在转子与发电机之间。具体地，通过变速箱将转子的转速增加到发电机的额定速度，然后输入到发电机。术语“额定”意指预期的最大运行状态并且例如可适用于速度、压力、流量、排量或功率。在使用中可短时期地、通常不超过几分钟并且仅间歇地超过额定状态。
近年来，因为风轮发电机正变得更大以提高发电效率，所以变速箱趋于变得更沉重和更昂贵。因而，配备采用可变容量式的液压泵和液压马达的组合的液压传动装置的风轮发电机正在得到更多关注。
例如，专利文献1公开了一种使用液压传动装置的风轮发电机，该液压传动装置包括由转子旋转的液压泵和连接到发电机的液压马达。在该风轮发电机的液压传动装置中，液压泵和液压马达经由高压容器和低压容器相连。由此，转子的旋转能经由液压传动装置传输到发电机。另外，液压泵由多个活塞和缸的组以及凸轮构成，所述凸轮使活塞在缸中周期性地往复。
另外，专利文献2描述了一种采用液压传动装置的风轮发电机，该液压传动装置由通过转子旋转的液压泵、连接到发电机的液压马达以及布置在液压泵与液压马达之间的工作油路径构成。在该风轮发电机的液压传动装置中，液压泵由多个活塞和缸的组、使活塞在缸中周期性往复的凸轮以及利用活塞的往复打开和关闭的高压阀和低压阀构成。通过将活塞锁闭在上死点附近，由缸和活塞包围的工作室无效，然后液压泵的排量改变。
尽管液压泵和液压马达不是可变排量式的，但是专利文献3公开了一种具有液压泵和液压马达的风轮发电机。专利文献3的风轮发电机通过调节将从液压泵供应到液压马达的工作油的压力来保持发电机的转速恒定。在该风轮发电机中，液压泵的排出侧经由塔架的用作高压储罐的内部空间连接到液压马达的进口侧，而液压泵的进口侧经由布置在塔架下方的低压储罐连接到液压马达的排出侧。
引用列表
专利文献
专利文献1：US 2010/0032959
专利文献2：US 2010/0040470
专利文献3：US 7436086B
发明内容
技术问题
具有制造较大风轮发电机来提高发电效率的趋势。然而，在较大风轮发电机中，叶片的尖端周向速度也变得较快。这带来诸如噪音(叶片的风噪音)、机鸟互撞(野生鸟与叶片碰撞)的问题。并且较高的转速由于轴承的摩擦热而导致温度升高的问题。然而，专利文献1、2和3中都没有公开如何采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞和轴承的摩擦热的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞和轴承的摩擦热的问题的风轮发电机及其操作控制方法。
问题的解决方案
本发明提出了一种风轮发电机，该风轮发电机包括：毂；主轴，其联接到该毂；发电机，其将从该主轴传输的旋转能转化成电功率；可变排量式的液压泵，其通过该主轴旋转；可变排量式的液压马达，其连接到该发电机；高压油管，其布置在液压泵的排出侧与液压马达的进口侧之间；低压油管，其布置在液压泵的进口侧与液压马达的排出侧之间；控制单元，其具有泵控制器和马达控制器，该泵控制器调节液压泵的排量Dp，该马达控制器调节液压马达的排量Dm；以及操作模式选择单元，其使操作模式在正常操作模式与低转速操作模式之间切换，该低转速操作模式的主轴的额定转速比正常操作模式的主轴的额定转速低。
在该风轮发电机中，该操作模式选择单元选择正常操作模式或具有主轴的较低额定转速的低转速操作模式。当需要采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞、轴承的摩擦热的问题时能够选择该低转速操作模式。
在上述风轮发电机中，液压泵的额定排量和高压油管的额定压力中的至少一个可在低转速操作模式中比正常操作模式中大。另外，低转速操作模式中的电功率的额定输出可与正常操作模式中的电功率的额定输出基本相同。此外，操作模式选择单元可根据环境状况来选择正常操作模式或低转速操作模式。
如上所述，通过使用液压泵的额定排量和高压油管的额定压力中的至少一个比正常操作模式的大并且电功率的额定输出与正常操作模式基本相同的低转速操作模式，尽管低转速操作模式具有比正常操作模式低的主轴的额定转速，也能够获得与正常操作模式中基本相同的发电机的额定输出。因此，通过采用低转速操作模式，能够在不经历发电机的较低额定输出的情况下降低主轴的额定转速。
此处，“环境状况”意指风轮发电机周围的时间/地理状况，其影响采取措施克服噪音、机鸟互撞和轴承的摩擦热的需求。例如，环境状况包括是否处在特定时间诸如具有噪音限制的夜间、风轮发电机是否安装在侯鸟的迁徙路径上以及用于支撑主轴的轴承的温度是否在可接受范围内。
在上述风轮发电机中，优选对于正常操作模式和低转速操作模式两种操作模式，当主轴的转速不超过额定转速时，泵控制器获得液压泵的目标扭矩，然后基于该目标扭矩和高压油管中的工作油的液压压力来设定液压泵的排量Dp，其中在该目标扭矩下，功率系数变得最大。
如上所述，对于正常操作模式和低转速操作模式两种操作模式，当主轴的转速不超过额定转速时，泵控制器获得液压泵的目标扭矩，然后基于该目标扭矩和高压油管中的工作油的液压压力来设定液压泵的排量Dp，其中在该目标扭矩下，功率系数变得最大。通过以这种方式控制液压泵，能够提高发电效率。
在此情形中，风轮发电机可进一步包括测量主轴的转速的转速传感器，其中泵控制器根据由该转速传感器测量的主轴的转速来获得目标扭矩，在该目标扭矩下，功率系数变得最大。
可替代地，风轮发电机可进一步包括测量风速的风速计，其中泵控制器根据所测量的风速来获得目标扭矩，在该目标扭矩下，功率系数变得最大。
另外，在该风轮发电机中，还优选马达控制器基于液压泵的排出量Qp来设定液压马达的排量Dm，使得发电机的转速变得恒定，液压泵的排出量Qp由排量Dp获得。
如上所述，即使当液压泵的目标扭矩改变时，发电机的转速也能够保持恒定。因而，在发电机20中能够产生具有恒定频率的电功率。
在该情形中，还优选液压泵和液压马达中的每一个包括多个油室、凸轮、高压阀和低压阀，所述多个油室中的每一个由缸和在该缸中以滑动方式移动的活塞包围，该凸轮具有与该活塞形成接合的凸轮轮廓，所述高压阀中的每一个高压阀打开和关闭油室中的每一个油室与高压油管之间的连通路径，而所述低压阀中的每一个低压阀打开和关闭油室中的每一个油室与低压油管之间的连通路径，并且泵控制器通过液压泵的无效油室与所有油室的比率来调节液压泵的排量Dp，所述无效油室保持为使得：在液压泵的活塞从下死点开始、到达上死点并返回到下死点的循环期间，液压泵的高压阀关闭，且低压阀保持打开，并且马达控制器通过液压马达的无效油室与所有油室的比率来调节液压马达的排量Dm，所述无效油室保持为使得：在液压泵的活塞从下死点开始、到达上死点并返回到下死点的循环期间，液压泵的高压阀关闭，且低压阀保持打开。
液压泵和液压马达的油室(工作室或无效室)的状态能够在活塞完成一组向上和向下运动的每个循环进行切换。因此，通过改变无效油室与所有油室的比率能够迅速改变液压泵和液压马达的排量。
另外，优选液压泵的凸轮是绕主轴周向布置并且具有凸轮轮廓的环凸轮，该凸轮轮廓限定多个具有绕主轴交替布置的多个凹部和凸部的波形部，并且液压马达的凸轮是偏心凸轮。
在典型的风轮发电机中，转子的转速大约为每分钟几转到每分钟几十转。另一方面，发电机的额定速度通常为1500rpm或1800rpm。在该情形中，在具有液压泵和液压马达的液压传动装置中，需要将转子的转速增大大约100倍以传输到发电机。此处，液压传动装置的增速比由液压泵的排量Dp与液压马达的排量Dm的比率决定。这意味着液压泵的排量Dp需要设定为比液压马达的排量Dm大约大100倍。通过改变每个缸的容积或增加缸的数量能够增加液压泵的排量Dp。然而，不可避免的是液压泵的尺寸变得较大。
因此，通过使用具有凸轮轮廓的液压泵的环凸轮，该凸轮轮廓限定多个具有绕主轴交替布置的凹部和凸部的波形部，当环凸轮完成一圈旋转时，该环凸轮使活塞的每一个向上和向下移动许多次。由此，能够在不使液压泵的尺寸较大的情况下增加液压泵的排量Dp。关于液压马达的凸轮，通过使用相对于液压马达的输出轴的轴心O偏心布置的偏心凸轮，液压马达的排量Dm变得小于液压泵的排量，从而实现该液压传动装置的较高增速比。
上述风轮发电机可进一步包括调节安装在毂上的叶片的桨距角的桨距驱动机构，并且控制单元可控制该桨距驱动机构以便一旦发电机的输出达到额定输出，则保持发电机的该额定输出。
由此，在以等于或高于额定风速并且低于切出风速的风速执行发电的额定操作中，该发电机能够产生特定量的电功率输出(额定输出)。
另外，额定风速意指从发电机获得额定输出所需的风速，而切出风速意指停止发电以确保风轮发电机的安全的风速。例如，额定风速可设定为大约10m/s，而切出风速可设定为25m/s。
此外本发明提出一种风轮发电机的操作方法，该风轮发电机包括毂、联接到该毂的主轴、用于将从该主轴传输的旋转能转化成电功率的发电机、通过该主轴旋转的液压泵、连接到该发电机的可变排量式的液压马达、布置在液压泵的排出侧与液压马达的进口侧之间的高压油管、布置在液压泵的进口侧与液压马达的排出侧之间的低压油管，该方法包括：在正常操作模式与低转速操作模式之间选择操作模式的模式选择步骤，该低转速操作模式的主轴的额定转速比正常操作模式的主轴的额定转速低；以及基于在该模式选择步骤中选择的操作模式来调节液压泵和液压马达的排量的排量调节步骤。
根据风轮发电机的该操作控制方法，操作模式选择单元选择正常操作模式或具有主轴的较低额定转速的低转速操作模式。能够选择该低转速操作模式来采取措施克服诸如噪音、机鸟互撞、轴承的摩擦热的问题。
根据风轮发电机的该操作控制方法，液压泵的额定排量和高压油管的额定压力中的至少一个可在低转速操作模式中比在正常操作模式中大。另外，根据风轮发电机的该操作控制方法，低转速操作模式中的电功率的额定输出可与正常操作模式基本相同。此外，在该模式选择步骤中，能够根据环境状况来选择正常操作模式或低转速操作模式。
本发明的有利效果
根据本发明，操作模式选择单元能够根据环境状况来选择正常操作模式或具有主轴的较低额定转速的低转速操作模式。当需要采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞、轴承的摩擦热的问题时，能够选择低转速操作模式。
附图说明
图1是风轮发电机的示例结构的图示。
图2是桨距驱动机构的结构的图示。
图3是液压泵的详细结构的图示。
图4是液压马达的详细结构的图示。
图5是用于风轮发电机的操作控制方法的流程图。
图6是显示关于发电机输出和主轴的转速对正常操作模式与低转速操作模式相比较的结果的曲线图。
图7是显示关于发电机输出和功率系数Cp对正常操作模式与低转速操作模式相比较的结果的曲线图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。然而，预期的是如果没有特别指定，则尺寸、材料、形状、其相对位置等将被理解为仅仅是说明性的而不限制本发明的范围。
下文对与优选实施例有关的风轮发电机的总体结构进行说明。使用三叶片风轮机作为该风轮发电机的示例。然而，该优选实施例不限于该示例而是能应用于各种类型的风轮机。
图1是风轮发电机的示例结构的图示。图2是桨距驱动机构的结构的图示。
如图1中所示，风轮发电机1包括通过风旋转的转子2、用于增加转子2的转速的液压传动装置10、用于产生电功率的发电机20、短舱22、用于支撑短舱22的塔架24以及用于控制该风轮发电机的每个单元的控制单元30。
转子2构造为使得主轴8连接到具有叶片4的毂6。具体地，三个叶片4从毂6径向延伸，并且叶片4中的每一个叶片安装在与主轴8相连的毂6上。由此，作用在叶片4上的风力使整个转子2旋转，转子2的旋转经由主轴8输入到液压传动装置10。主轴8的转速通过转速计26测量并且被用于控制单元30的控制。
毂6容纳如图2中所示的桨距驱动机构40。桨距驱动机构40由液压缸42、伺服阀44、油压源46和蓄能器48构成。在桨距控制器36的控制下，伺服阀调节由油压源46产生的高压油和存储在蓄能器48中的高压油向液压缸42的供应量，使得叶片的桨距角变为预期的角度。
图1中所示的液压传动装置10包括由主轴8旋转的可变排量式的液压泵12、连接到发电机20的可变排量式的液压马达14以及布置在液压泵12与液压马达14之间的高压油管16和低压油管18。
高压油管16将液压泵12的排出侧连接到液压马达14的进口侧。低压油管18将液压泵12的进口侧连接到液压马达14的排出侧。从该液压泵排出的工作油(低压油)经由该高压油管流入该液压马达中。工作在液压马达14中的工作油经由低压油管18流入液压泵12中，然后其压力通过液压泵12升高，最后该工作油流入液压马达14中。在后文中对液压泵12和液压马达14的详细结构进行描述。
另外，高压油管16的压力通过压力传感器28来测量并且被用于控制单元30的控制。
发电机20连接到液压马达14的输出轴15并且利用从液压马达14输入的扭矩来产生电功率。发电机20连接到液压传动装置10的液压马达14。现有的同步发电机或现有的异步发电机都能够用作发电机20。在风轮发电机1中，在液压传动装置10的控制下，发电机20的转速能够保持恒定。因而，利用同步发电机作为发电机20，电功率能直接从同步发电机20经由变压器供应到电网(交流链路法)，并且不需要用于实现变速操作的昂贵换流器。
短舱22可旋转地支撑转子2的毂，并且容纳诸如液压传动装置10和发电机20的各种装置。短舱22进一步被可旋转地支撑在塔架24上并且可根据风向通过未示出的偏航马达(yaw motor)转动。
控制单元30包括用于控制液压泵12的泵控制器32、用于控制液压马达14的马达控制器34以及用于选择风轮发电机的操作模式的操作模式选择器38。控制单元30的部件32-38中的一个或多个部件可位于短舱22的内部或外部的不同位置，使得控制单元30可形成分布式控制系统。
当主轴8的转速不超过额定转速时，泵控制器32获得液压泵12的目标扭矩，功率系数在该目标扭矩下变得最大，然后基于该目标扭矩和高压油管16中的工作油的液压压力来设定液压泵12的排量Dp。同时，马达控制器34基于从液压泵12的排量Dp获得的液压泵的排出量Qp来设定液压马达14的排量Dm，使得发电机的转速变得恒定。
一旦发电机20的输出达到额定输出，则桨距控制器36控制桨距驱动机构40的伺服阀44来保持发电机20的额定输出，并且将叶片4的桨距角改变到顺桨位置(feathering position)。由此，在其中以等于或高于额定风速并且低于切出风速的风速下执行发电的额定操作中，发电机20能够产生指定量的电功率输出(额定输出)。此处，额定风速意指从发电机20获得额定输出所需的风速，而切出风速意指停止发电以确保风轮发电机1的安全的风速。例如，额定风速可设定为大约10m/s，而切出风速可设定为25m/s。
操作模式选择单元38根据环境状况来选择正常操作模式和低转速操作模式中的一个。低转速操作模式具有比正常操作模式低的主轴8的额定转速以及比正常操作模式高的液压泵12的额定排量。因为响应于主轴8的低转速，液压泵的额定排量大，所以在低转速操作模式中，发电机的额定输出基本与正常操作模式的额定输出相同。因此，在正常操作模式和低转速操作模式的任一个操作模式中，在额定操作中从发电机20获得的电功率近似相同。
环境状况是诸如这样的情形：如果在特定时间例如具有噪音限制的夜间、如果风轮发电机1安装在侯鸟的迁徙路径上以及如果用于支撑主轴8的轴承的温度在可接受范围内。
具体地，操作模式选择单元38在这样的情形中选择低转速操作模式，即在诸如噪音被限制的夜间时、风轮发电机1的位置在侯鸟的迁徙路径上且在侯鸟迁徙的季节中、或者主轴8的轴承的温度超过可接受范围。
现在，对风轮发电机1的液压泵12和液压马达14的详细结构进行说明。图3是液压泵12的详细结构的图示。图4是液压马达14的详细结构的示例。
如图3中所示，液压泵12包括每一个均由缸50和活塞52形成的多个油室53、具有与活塞52形成接合的凸轮轮廓的凸轮54以及设置用于油室53中的每一个油室的高压阀56和低压阀58。
从使活塞52沿凸轮54的凸轮轮廓平滑运行的视角看，活塞52中的每一个活塞优选包括活塞体52A和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体52A在缸50中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在该活塞体52A上并且与凸轮54的凸轮轮廓接合。图3示出了活塞52由活塞体52A和活塞辊52B构成的示例。
凸轮54经由凸轮架55安装在主轴8的外周上。对于主轴8的一圈旋转，凸轮54使活塞52中的每一个活塞向上和向下移动多次，从而增大扭矩5。从这种观点看，凸轮54优选是具有凸轮轮廓的环凸轮，该凸轮轮廓限定多个具有绕主轴交替布置的凹部54A和凸部54B的波形部。
高压阀56布置在高压油管16与油室53中的每一个油室之间的高压连通路径57中。同时，低压阀58布置在低压油管18与油室53中的每一个油室之间的低压连通路径59中。泵控制器32控制高压阀56和低压阀58的打开/关闭定时。
对于油室53中的不向高压油管16排出高压油的无效油室，在活塞52从下死点开始、到达上死点并返回到下死点的循环期间，泵控制器32保持高压阀56打开，而低压阀关闭。相反，对于油室53中的向高压油管排出高压油的工作室，在活塞53从下死点开始并且到达上死点的泵循环期间，泵控制器打开高压阀56且关闭低压阀58，而在活塞52从上死点开始并且到达下死点的吸入循环期间，泵控制器关闭高压阀56且打开低压阀。
泵控制器32改变无效油室与所有油室53的比率以便调节液压泵12的排量Dp。
在示例中，泵控制器32控制高压阀56和低压阀58的打开和关闭。然而，高压阀56可由止回阀构成以仅允许工作油流向高压油管16。在该情形中，当液压泵12的活塞52从下死点移动到上死点时，油室53中的工作油被压缩，并且油室53中的压力变得高于高压油管中的压力。然后，高压阀自动打开，并因而不必主动地控制高压阀56。
如图4中所示，液压马达14包括多个形成在缸60与活塞62之间的液压室63、具有与活塞62形成接合的凸轮轮廓的凸轮64以及，该高压阀66和低压阀68设置用于液压室63中的每一个液压室的高压阀66和低压阀68。
从将活塞62的向上和向下运动平滑地转换成凸轮64的旋转运动的视角看，活塞62中的每一个活塞优选包括活塞体62A和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体62A在缸60中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在该活塞体62A上并且与凸轮64的凸轮轮廓接合。图4示出了活塞62中的每一个活塞由活塞体62A和活塞辊62B构成的示例。
凸轮64是偏心凸轮，其相对于与发电机20相连的液压马达14的输出轴(曲轴)15的轴心O偏心布置。当活塞62完成一组向上和向下运动时，凸轮64和凸轮64安装在其上的输出轴15完成一圈旋转。
如上所述，液压泵12的凸轮54是环凸轮，而液压马达14的凸轮64是偏心凸轮，使得液压马达14的排量小于液压泵12的排量，以实现液压传动装置10的高增速比。
高压阀66布置在高压油管16与油室63中的每一个油室之间的高压连通路径67中。低压阀68布置在低压油管18与油室63中的每一个油室之间的低压连通路径69中。马达控制器34控制高压阀66和低压阀68的打开/关闭定时。
对于高压油不从高压油管16供应到的油室63的无效油室，在活塞62从下死点开始、到达上死点并返回到下死点的循环期间，马达控制器34保持高压阀66关闭，而低压阀68打开。相反，对于高压油从高压油管16供应到的油室63的工作室，在活塞62从上死点开始并且到达下死点的马达循环期间，马达控制器打开高压阀66且关闭低压阀68，而在活塞62从下死点开始并且到达上死点的排出循环期间，马达控制器关闭高压阀66且打开低压阀68。
马达控制器34改变无效油室与所有油室63的比率以便调节液压马达14的排量Dm。
接下来，对风轮发电机1的通过控制单元30的操作控制方法进行说明。图5是风轮发电机1的操作控制方法的流程图。
如图5中所示，在步骤S2中，操作模式选择单元38根据环境状况选择正常操作模式和低转速操作模式中的一种操作模式。例如，操作模式选择单元38在如下情形中选择低转速操作模式，即在诸如噪音被限制的夜间时、风轮发电机1的位置在侯鸟的迁徙路径上且在侯鸟迁徙的季节中、或者主轴8的轴承的温度超过可接受范围，而在其它情形中选择正常操作模式。
在步骤S4中，确定是否选择正常操作模式。如果确定选择了正常操作模式，则在步骤S10到S30中执行正常操作控制。相反，如果确定选择了低转速操作模式，则在步骤S40到S68中执行低转速操作控制。
(正常操作控制)
对于正常操作控制，在步骤S10中，确定发电机20的输出是否已达到额定输出。如果确定发电机20的输出已达到额定输出，则在步骤S12中，桨距控制器36控制桨距驱动机构40的伺服阀44来调节叶片4的桨距角，使得发电机20的输出达到额定输出。然后在步骤S14中，确定发电机20的输出与额定输出之间的差是否在可容许范围内。如果该差不在该可容许范围内，则过程返回到步骤S12以重新调节叶片4的桨距角。
相反，如果在步骤S10中确定发电机20的输出未达到额定输出(步骤S10中否)，则过程前进到步骤S16。在步骤S16中，转速计26测量主轴8的转速n。在步骤S18中，基于该转速n，泵控制器设定液压泵12的目标扭矩Tp_target，在该目标扭矩下，功率系数变得最大。例如，利用预先设定主轴8的转速与液压泵12的目标扭矩之间的关系的表，能够获得与由转速计26测量的主轴的转速n相对应的液压泵12的目标扭矩Tp_target。
另外，在步骤S20中，压力传感器28测量高压油管16中的压力PH。
在步骤S22中，基于液压泵12的目标扭矩Tp_target和高压油管16中的压力PH，泵控制器32根据如下数学公式1来设定液压泵12的排量Dp。
(数学公式1)
排量Dp＝目标扭矩Tp_target/压力PH
在步骤S22中设定液压泵12的排量Dp之后，过程前进到步骤S24。在步骤S24中，泵控制器32基于该排量Dp根据如下数学公式2来设定液压泵12的排出量Qp。
(数学公式2)
排出量Qp＝排量Dp×转速n
接下来，在步骤S26中，马达控制器34设定液压马达14的排量Dm，使得发电机20的转速保持恒定。具体地，马达控制器34根据数学公式3设定液压马达14的排量Dm，使得发电机20的转速变为指定值，例如1500rpm或1800rpm。
(数学公式3)
排量Dm＝排出量Qp/发电机20的转速ng
接下来，在步骤S28中，泵控制器32根据如下数学公式4改变液压泵12的工作室的数量，使得液压泵12的排量变为Dp。
(数学公式4)
排量Dp＝m×Vp×Fdp
m是凸轮54的凹部和凸部的数量。Vp是所有缸50的总容积。Fdp是工作室与所有油室53的比率。
以类似的方式，在步骤S30中，马达控制器34根据如下数学公式5改变液压马达14的工作室的数量，使得液压马达14的排量变为Dm。
(数学公式5)
排量Dm＝Vm×Fdm
Vm是所有缸60的总容积，而Fdm是工作室与所有油室63的比率。
如上所述，在正常操作模式的步骤S18、S22和S28中，泵控制器32获得液压泵12的目标扭矩Tp_target，功率系数在该目标扭矩下变得最大，基于该目标扭矩Tp_target和高压油管16中的压力PH来设定液压泵12的排量Dp，并且控制液压泵12。由此，发电效率得以提高。
此外，在正常操作模式的步骤S26和S30中，马达控制器34基于液压泵12的排出量Qp设定液压马达14的排量Dm，使得发电机20的转速变得恒定，并且马达控制器34控制液压马达14。由此，即使当液压泵12的目标扭矩Tp_target改变时，发电机的转速也能够保持恒定。因而，在发电机20中能够产生具有恒定频率的电功率。
(低转速操作控制)
在低转速操作控制中，在步骤S40中，确定发电机20的输出是否已达到额定输出。如果发电机20的输出已达到额定输出，则在步骤S42中，桨距控制器36控制桨距驱动机构40的伺服阀44以改变叶片4的桨距角，使得发电机20的输出达到额定输出。并且在步骤S44中确定发电机20的输出与额定输出之间的差是否在可容许范围内。如果该差不在可容许范围内，则过程返回到步骤S42以重新调节叶片4的桨距角。
相反，如果发电机20的输出未达到额定输出(在步骤S40中确定为否)，则在步骤S46中，转速计26测量主轴8的转速n。在步骤S48中，确定主轴8的转速n是否已达到额定转速n2(＜n1)。此处，n1是在正常操作模式中主轴的额定转速，而n2是在低转速操作模式中主轴8的额定转速。
如果在步骤S48中确定主轴8的转速不大于额定转速n2，则过程前进到步骤S50。在步骤S50中，基于在步骤S46中测量的主轴8的转速n，泵控制器32设定液压泵12的目标扭矩Tp_target，在该目标扭矩下，功率系数变得最大。
接下来，在步骤S52到S62中，泵控制器32基于该目标扭矩Tp_target和高压油管16中的压力PH来设定液压泵12的排量Dp，控制液压泵12，而马达控制器34基于液压泵的排出量Qp设定液压马达14的排量Dm，使得发电机20的转速变得恒定，并且控制液压马达14。步骤S52到S62类似于正常操作控制的步骤S20到S30，因而将不再进一步说明。
如果在步骤S48中确定主轴8的转速已达到额定转速n2(超过额定速度n2)，则过程前进到步骤S64。在步骤S64中，泵控制器32调节液压泵的工作室的数量，使得主轴的转速n达到额定转速n2。具体地，增加液压泵12的工作室的数量以便增大用于驱动液压泵12所需的扭矩并将主轴8的转速n降低到额定转速n2。
接下来，在步骤S66中，转速计26再次测量主轴8的转速n，并且在步骤S68中，确定主轴8的转速n与额定转速n2之间的差是否在可容许范围内。如果确定主轴8的转速n与额定转速n2之间的差不在该可容许范围内，则过程返回到步骤S64以通过泵控制器32重新调节液压泵12的工作室的数量。
如上所述，在低转速操作模式的步骤S50、S54和S60中，以与正常操作模式类似的方式，如果主轴8的转速n不大于额定转速n2，则泵控制器32获得液压泵12的目标扭矩Tp_target，功率系数在该目标扭矩下变得最大，泵控制器32基于该目标扭矩Tp_target和高压油管16中的压力PH来设定液压泵12的排量Dp，并且泵控制器32控制液压泵12。由此，发电效率得以提高。
此外，在正常操作模式的步骤S58和S62中，马达控制器34基于液压泵12的排出量Qp设定液压马达14的排量Dm，使得发电机20的转速变得恒定，并且马达控制器34控制液压马达14。由此，即使当液压泵12的目标扭矩Tp_target改变时，发电机的转速也能够保持恒定。
另外，在低转速操作模式中，在主轴8的转速n超过额定转速n2的情形中，在步骤S64中增加液压泵12的工作室的数量，以便保持主轴8的转速处在比正常操作模式中主轴的额定转速n1低的额定转速n2。
(优选实施例)
运行对上述操作控制方法的仿真。计算条件是：在正常操作模式中主轴的转速n1是12rpm(叶片4的尖端周向速度是79m/s)，在低转速操作模式中主轴的额定转速n2是10.5rmp(尖端周向速度是69m/s)，发电机20的额定输出是3.5MW，而切入风速是3.5m/s。
图6是显示关于发电机20的输出和主轴8的转速对正常操作模式与低转速操作模式相比较的结果的曲线图。图7是显示关于发电机20的输出和功率系数Cp对正常操作模式与低转速操作模式相比较的结果的曲线图。
如图6中所示，当风速不高于大约8.7m/s时，在正常操作模式与低转速操作模式之间没有太大的差别。在两种操作模式中，液压传动装置10的控制使得功率系数Cp最大，而发电机20的转速恒定。因此，在两种操作模式中，发电机20的输出随风速增大而增加，并且主轴8的转速随风速增大而增大。
然而，当风速达到接近8.7m/s时，主轴8的转速达到低转速操作模式中主轴8的额定转速n2(10.5rmp)。超过此点，发电机20的输出在正常操作模式与低转速操作模式之间出现轻微的差别。这是因为，在正常操作模式中，液压传动装置10的控制执行为使得功率系数Cp最大，而发电机20的转速恒定，而在低转速操作模式中，控制被执行为增大液压泵12的扭矩，使得主轴8的转速保持恒定(图5的S64到S68)。当风速达到接近10.5m/s时，在两种操作模式中，发电机20的输出达到额定输出(3.5MW)。因而，在正常操作模式和低转速操作模式两种操作模式中，将叶片4的桨距角调节为保持发电机的输出处在额定输出(S12到S14和S42到S44)。因此，在两种操作模式中，发电机20的输出变为额定输出。
如图7中所示，一旦风速达到切入风速(3.5m/s)，则在两种操作模式中，功率系数Cp显著增加并且变得最大。这一直持续到风速变为大约8.7m/s，在该风速下，在低转速操作模式中主轴8的转速达到额定转速n2(10.5rpm)。
当风速接近8.5m/s时，功率系数在操作模式中出现轻微差别。这是因为，在正常操作模式中，液压传动装置10的控制被执行为使得功率系数Cp最大，而发电机20的转速恒定(图5的S16到S30)，而在低转速操作模式中，控制被执行为增大液压泵12的扭矩，使得主轴8的转速保持恒定(图5的S64到S68)。
当风速达到接近10.5m/s时，在两种操作模式中，发电机20的输出达到额定输出(3.5MW)。因而，在正常操作模式和低转速操作模式两种操作模式中，将叶片4的桨距角调节为保持发电机的输出处在额定输出(图5的S12到S14和S42到S44)，并且允许风部分地避开，因而功率系数Cp降低。
根据上述的操作控制方法，能够在正常操作模式与低转速操作模式之间选择操作模式。尽管当风速大约在8.7m/s与10.5m/s之间时发电机的输出具有微小下降并且功率系数Cp下降，但是能够在几乎所有风速区域中不损失发电效率的情况下将额定转速从12rpm(尖端周向速度79m/s)降至10.5rpm(尖端周向速度69m/s)。
如上文说明的，在该优选实施例中，操作模式选择单元38根据环境状况来选择正常操作模式或具有主轴的较低额定转速的低转速操作模式。当需要采取措施来克服诸如噪音、机鸟互撞、轴承的摩擦热的问题时，能够选择低转速操作模式。
低转速操作模式具有比正常操作模式低的主轴8的额定转速和比正常操作模式大的液压泵12的额定排量。因而，低转速操作模式能够实现与正常操作模式基本相同的发电机20的额定输出。因此，通过采用低转速操作模式，能够在不经历发电机20的较低额定输出的情况下降低主轴8的额定转速。
尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是对本领域中的技术人员明显的是在不偏离本发明的范围的情况下可作出各种变化。
在一些实施例中，泵12的额定扭矩(由于液压油管的额定压力或泵的额定排量)在低转速操作模式中与在正常操作模式中类似。在这些实施例中，在高于低转速操作模式的额定速度的情况下，将叶片4的桨距角调节为逐渐降低扭矩Tp_target和功率系数Cp(即，在高于正常操作模式的额定速度的情况下，在高于该额定速度时，不管怎样它都降低)。因而在一些实施例中，与正常操作模式相比，在低转速操作模式中可降低风轮机的额定功率。
在上述实施例中，转速计26测量主轴的转速n并且基于主轴8的转速n来获得液压泵的目标扭矩。然而，基于由风速计测量的风速V来获得液压泵12的目标扭矩也是可能的。在此情形中，一个风速计可设置用于风轮发电机中的每一个风轮发电机，或一个风速计能够用于多个风轮发电机1。并且风速计可安装在短舱22上。
另外，在上述优选实施例中，改变无效室与所有油室(53、63)的比率以调节液压泵12和液压马达14的排量。但通过在活塞循环期间改变打开高压阀(56、66)的时机来改变液压泵12和液压马达14的排量也是可能的。
此外，该优选实施例显示了将低转速操作模式的排量设定为大于正常操作模式的示例性情形。但这不是限制性的，只要低转速操作模式具有比正常操作模式低的主轴8的额定转速以及与正常操作模式基本相同的发电机20的额定输出。
例如，与正常操作模式(与主轴8的较低额定转速成反比地将高压油管的额定压力设定为较高)相比，在低转速操作模式中，对于主轴8的较低额定转速能够将高压油管的额定压力设定为较高，以便获得与正常操作模式相同的发电机的额定输出。可替代地，对于主轴8的较低额定转速，液压泵12的额定排量和高压油管16的额定压力都可设定为在低转速操作模式中比正常操作模式中高。
附图标记列表
1  风轮发电机
2  转子
4  叶片
6  毂
8  主轴
10  液压传动装置
12  液压泵
14  液压马达
15  输出轴
16  高压油管
18  低压油管
20  发电机
22  短舱
24  塔架
26  转速计
28  压力传感器
30  控制单元
32  泵控制器
34  马达控制器
36  桨距控制器
38  驱动模式选择单元
40  桨距驱动机构
42  液压缸
44  伺服阀
46  油压源
48  蓄能器
50  缸
52  活塞
52A  活塞体
52B  活塞辊
53  油室
54  凸轮
56  高压阀
57  高压连通路径
58  低压阀
59  低压连通路径
60  缸
62  活塞
62A  活塞体
62B  活塞辊
63  油室
64  凸轮
66  高压阀
67  高压连通路径
68  低压阀
69  低压连通路径

Claims (15)

1.一种风轮发电机，包括：
毂；
主轴，所述主轴联接到所述毂；
发电机，所述发电机将从所述主轴传输的旋转能转化成电功率；
可变排量式的液压泵，所述液压泵由所述主轴旋转；
可变排量式的液压马达，所述液压马达连接到所述发电机；
高压油管，所述高压油管布置在所述液压泵的排出侧与所述液压马达的进口侧之间；
低压油管，所述低压油管布置在所述液压泵的进口侧与所述液压马达的排出侧之间；
控制单元，所述控制单元具有泵控制器和马达控制器，所述泵控制器调节所述液压泵的排量Dp，所述马达控制器调节所述液压马达的排量Dm；以及
操作模式选择单元，所述操作模式选择单元使操作模式在正常操作模式与低转速操作模式之间切换，所述低转速操作模式的主轴的额定转速比所述正常操作模式的主轴的额定转速低。
2.根据权利要求1所述的风轮发电机，
其中，所述液压泵的额定排量和所述高压油管的额定压力中的至少一个在所述低转速操作模式中比所述正常操作模式中大。
3.根据权利要求1所述的风轮发电机，
其中所述低转速操作模式中的电功率的额定输出与所述正常操作模式中的电功率的额定输出基本相同。
4.根据权利要求1所述的风轮发电机，
其中所述操作模式选择单元根据环境状况来选择所述正常操作模式或所述低转速操作模式。
5.根据权利要求1所述的风轮发电机，
其中，对于所述正常操作模式和所述低转速操作模式两种操作模式，当所述主轴的转速不大于所述低转速操作模式的额定转速时，所述泵控制器获得所述液压泵的目标扭矩，然后基于所述目标扭矩和所述高压油管中的工作油的液压压力来设定所述液压泵的排量Dp，其中在所述目标扭矩下，功率系数变得最大。
6.根据权利要求5所述的风轮发电机，进一步包括：
转速传感器，所述转速传感器测量所述主轴的转速，
其中所述泵控制器根据由所述转速传感器测量的所述主轴的转速来获得所述目标扭矩，在所述目标扭矩下，功率系数变得最大。
7.根据权利要求5所述的风轮发电机，进一步包括：
风速计，所述风速计测量风速，
其中所述泵控制器由测量的风速来获得所述目标扭矩，在所述目标扭矩下，功率系数变得最大。
8.根据权利要求5所述的风轮发电机，
其中所述马达控制器基于所述液压泵的排出量Qp来设定所述液压马达的排量Dm，使得所述发电机的转速变得恒定，所述液压泵的排出量Qp由所述排量Dp获得。
9.根据权利要求8所述的风轮发电机，
其中所述液压泵和所述液压马达中的每一个均包括多个油室、凸轮、高压阀和低压阀，所述多个油室中的每一个油室由缸和在所述缸中以滑动方式移动的活塞包围，所述凸轮具有与所述活塞接合的凸轮轮廓，所述高压阀中的每一个高压阀打开和关闭所述油室中的每一个油室与所述高压油管之间的连通路径，而所述低压阀中的每一个低压阀打开和关闭所述油室中的每一个油室与所述低压油管之间的连通路径，
其中所述泵控制器通过所述液压泵的无效油室与所有油室的比率来调节所述液压泵的排量Dp，所述无效油室保持为使得：在所述液压泵的活塞从下死点开始、到达上死点并返回到所述下死点的循环期间，所述液压泵的所述高压阀关闭且所述低压阀保持打开，并且
其中所述马达控制器通过所述液压马达的无效油室与所有油室的比率来调节所述液压马达的排量Dm以便进行调节，所述无效油室保持为使得：在所述液压泵的活塞从下死点开始、到达上死点并返回到所述下死点的循环期间，所述液压泵的所述高压阀关闭且所述低压阀保持打开。
10.根据权利要求9所述的风轮发电机，
其中所述液压泵的所述凸轮是绕所述主轴周向设置并且具有凸轮轮廓的环凸轮，所述凸轮轮廓限定多个具有绕所述主轴交替地设置的多个凹部和凸部的波形部，并且其中所述液压马达的所述凸轮是偏心凸轮。
11.根据权利要求1所述的风轮发电机，进一步包括：
桨距驱动机构，所述桨距驱动机构调节被安装在所述毂上的叶片的桨距角，并且
其中所述控制单元控制所述桨距驱动机构，以便一旦所述发电机的输出达到额定输出，就保持所述发电机的额定输出。
12.一种风轮发电机的操作方法，所述风轮发电机包括毂、连接到所述毂的主轴、用于将从所述主轴传输的旋转能转化成电功率的发电机、由所述主轴旋转的液压泵、连接到所述发电机的可变排量式的液压马达、布置在所述液压泵的排出侧与所述液压马达的进口侧之间的高压油管、布置在所述液压泵的进口侧与所述液压马达的排出侧之间的低压油管，所述方法包括：
根据环境状况、在正常操作模式与低转速操作模式之间选择操作模式的模式选择步骤，所述低转速操作模式的主轴的额定转速比所述正常操作模式的主轴的额定转速低；以及
基于在所述模式选择步骤中选择的操作模式来调节所述液压泵和所述液压马达的排量的排量调节步骤。
13.根据权利要求12中所述的风轮发电机的操作方法，
其中所述液压泵的额定排量和所述高压油管的额定压力中的至少一个在所述低转速操作模式中比所述正常操作模式中大。
14.根据权利要求12中所述的风轮发电机的操作方法，
其中所述低转速操作模式中的电功率的额定输出与所述正常操作模式中的电功率的额定输出基本相同。
15.根据权利要求12中所述的风轮发电机的操作方法，
其中，在所述模式选择步骤中，根据环境状况来选择所述正常操作模式或所述低转速操作模式。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10435145B1 (en) 2009-07-02 2019-10-08 Alfred Finnell Vehicle with tension wing assembly
US11021243B1 (en) 2009-07-02 2021-06-01 Alfred Finnell Tension airfoil assembly and implementation for power generation and aviation
US10443569B1 (en) * 2009-07-02 2019-10-15 Alfred Finnell Wind or water based power generating system
US8541897B2 (en) * 2009-09-01 2013-09-24 University Of Southern California Generation of electric energy using cable-supported windmills
EP2478218B1 (en) * 2010-11-30 2018-10-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator system and operation control method thereof
KR101284867B1 (ko) * 2010-12-03 2013-07-09 삼성중공업 주식회사 풍력발전기용 기어 박스의 온도 제어 시스템 및 방법
US8426998B2 (en) * 2010-12-09 2013-04-23 Shun-Tsung Lu Wind-power and hydraulic generator apparatus
EP2668398B1 (en) * 2011-01-30 2018-07-11 Vestas Wind Systems A/S Hydraulic transmission methods and apparatus for wind turbines
WO2012114487A1 (ja) * 2011-02-23 2012-08-30 三菱重工業株式会社 風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法
JP5611326B2 (ja) * 2011-07-06 2014-10-22 三菱重工業株式会社 発電機を備えたエネルギー抽出装置および発電機を備えたエネルギー抽出装置の運転方法
US20130028729A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Jones Jack A Power generation systems and methods
JP5518180B2 (ja) * 2011-09-22 2014-06-11 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置及びそのロータ固定方法
JP6262994B2 (ja) * 2013-09-18 2018-01-17 三菱重工業株式会社 油圧トランスミッション及びこれを含む機械、並びに、油圧トランスミッションの運転方法
US9562545B2 (en) * 2014-02-25 2017-02-07 Hamilton Sundstrand Corporation Pressure switch for oil supply
KR101643144B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템의 성능 평가 시스템
KR101643143B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템
KR101716073B1 (ko) 2016-02-04 2017-03-14 한밭대학교 산학협력단 풍력터빈의 토크모드스위치 제어방법 및 그 시스템
KR101716074B1 (ko) 2016-02-04 2017-03-14 한밭대학교 산학협력단 정격출력 유지를 위한 풍력터빈의 출력제어방법 및 그 시스템
JP6713438B2 (ja) * 2017-08-25 2020-06-24 三菱重工業株式会社 油圧ドライブトレイン及びその起動方法、並びに発電装置及びその起動方法
JP7209542B2 (ja) * 2019-01-08 2023-01-20 株式会社日立製作所 風力発電装置とその運転方法
US11754056B1 (en) 2021-03-26 2023-09-12 Hawk Spider Energy Corp. Dynamic mass torque generator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1653420A1 (de) * 1968-01-18 1971-12-23 Immeyer Kurt Guenter Hydromotor mit kraftbetriebener Exzenterwelle
WO2008113699A2 (de) * 2007-03-21 2008-09-25 Rle-International Gmbh Energieumwandlungsvorrichtung mit hydraulischem antrieb
US20090155095A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Sauer-Danfoss Inc. Radial piston pump
US20100040470A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-18 Jacob Johannes Nies Wind energy system with fluid-working machine with non-symmetric actuation
US20100133817A1 (en) * 2009-07-07 2010-06-03 General Electric Company Method and apparatus for controlling the tip speed of a blade of a wind turbine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4280061A (en) 1978-10-25 1981-07-21 Sir Henry Lawson-Tancred, Sons & Co. Ltd. Method and apparatus for generating electricity from a fixed pitch wind wheel
AU590327B2 (en) * 1985-09-09 1989-11-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of growth of thin film layer for use in a composite semiconductor
GB8822901D0 (en) 1988-09-29 1988-11-02 Mactaggart Scot Holdings Ltd Apparatus & method for controlling actuation of multi-piston pump &c
US7291937B2 (en) * 2002-09-10 2007-11-06 Dewind Gmbh Operating method for a wind turbine with a supersynchronous cascade
JP4024687B2 (ja) * 2003-02-06 2007-12-19 サクサ株式会社 油圧装置及び発電設備
JP2005248738A (ja) * 2004-03-02 2005-09-15 Fuchu Giken:Kk 風力発電装置の運転制御方法
US7183664B2 (en) 2005-07-27 2007-02-27 Mcclintic Frank Methods and apparatus for advanced wind turbine design
EP1945946A1 (en) 2005-10-31 2008-07-23 Chapdrive As A turbine driven electric power production system and a method for control thereof
EP2280166A1 (en) * 2008-03-28 2011-02-02 Ingeteam Energy, S.A. Wind turbine operation method and system
US20100032959A1 (en) 2008-08-08 2010-02-11 General Electric Company Wind turbine system
US20110142596A1 (en) * 2010-06-29 2011-06-16 Jacob Johannes Nies Method for monitoring a component in a hydraulic circuit, monitoring device and fluid turbine
US8035242B2 (en) * 2010-11-09 2011-10-11 General Electric Company Wind turbine farm and method of controlling at least one wind turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1653420A1 (de) * 1968-01-18 1971-12-23 Immeyer Kurt Guenter Hydromotor mit kraftbetriebener Exzenterwelle
WO2008113699A2 (de) * 2007-03-21 2008-09-25 Rle-International Gmbh Energieumwandlungsvorrichtung mit hydraulischem antrieb
US20090155095A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Sauer-Danfoss Inc. Radial piston pump
US20100040470A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-18 Jacob Johannes Nies Wind energy system with fluid-working machine with non-symmetric actuation
US20100133817A1 (en) * 2009-07-07 2010-06-03 General Electric Company Method and apparatus for controlling the tip speed of a blade of a wind turbine

Also Published As

Publication number Publication date
JP5232873B2 (ja) 2013-07-10
CA2724328A1 (en) 2012-05-30
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WO2012073278A1 (en) 2012-06-07
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