CN102985686A - 可再生能源型的发电装置及其操作方法 - Google Patents

可再生能源型的发电装置及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102985686A
CN102985686A CN2011800340597A CN201180034059A CN102985686A CN 102985686 A CN102985686 A CN 102985686A CN 2011800340597 A CN2011800340597 A CN 2011800340597A CN 201180034059 A CN201180034059 A CN 201180034059A CN 102985686 A CN102985686 A CN 102985686A
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous generator
oil hydraulic
renewable energy
exciter
energy sources
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011800340597A
Other languages
English (en)
Inventor
桥本淳
若狭强志
弗朗西斯科·巴尔迪尼
尼尔·考德威尔
杰米·泰勒
丹尼尔·杜姆挪夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/JP2010/006981 external-priority patent/WO2012073280A1/en
Priority claimed from GBGB1020264.6A external-priority patent/GB201020264D0/en
Priority claimed from PCT/JP2010/006979 external-priority patent/WO2012073279A1/en
Priority claimed from PCT/JP2010/006982 external-priority patent/WO2012073281A1/en
Priority claimed from GB1020263.8A external-priority patent/GB2485987A/en
Priority claimed from PCT/JP2010/006977 external-priority patent/WO2012073277A2/en
Priority claimed from PCT/JP2010/006978 external-priority patent/WO2012073278A1/en
Priority claimed from PCT/JP2011/003002 external-priority patent/WO2011148653A2/en
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Publication of CN102985686A publication Critical patent/CN102985686A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7064—Application in combination with an electrical generator of the alternating current (A.C.) type
    • F05B2220/70642—Application in combination with an electrical generator of the alternating current (A.C.) type of the synchronous type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/406—Transmission of power through hydraulic systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/60—Control system actuates through
    • F05B2270/604—Control system actuates through hydraulic actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H39/00—Rotary fluid gearing using pumps and motors of the volumetric type, i.e. passing a predetermined volume of fluid per revolution
    • F16H39/02—Rotary fluid gearing using pumps and motors of the volumetric type, i.e. passing a predetermined volume of fluid per revolution with liquid motors at a distance from liquid pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

旨在提供一种可再生能源型的发电装置以及一种该发电装置的操作方法，该发电装置可以在无频率转换电路的情况下实现可变速操作和电网连接两者并且该发电装置使用液压传动装置。在该可再生能源型的发电装置（1）中，经由叶片（4）所接收的可再生能源经由旋转轴（8）和液压传动装置（10）被传输到同步发电机（20）。同步发电机（20）由液压传动装置（10）的液压马达（14）驱动以产生电力。同步发电机（20）在无频率转换电路的情况下被连接到电网，并且由同步发电机（20）产生的电力被供应至电网（50）。发电装置（1）还设有控制液压传动装置（10）的传动装置控制器（40）。传动装置控制器（40）在正常操作模式下控制液压传动装置（10）以调节液压泵（12）和液压马达（14）中的每个的移位，使得旋转轴（8）以相对于该可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于电网（50）在发电装置的正常操作期间的频率，将同步发电机（20）的转速保持在同步速度。

Description

可再生能源型的发电装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种可再生能源型的发电装置以及一种可再生能源型的发电装置的操作方法，该发电装置经由液压传动装置将旋转轴的转动能传输到发电机并且将电力供应到电网。该可再生能源型的发电装置从诸如风、潮流、洋流、河流的可再生能源产生电力，并且该可再生能源型的发电装置例如包含风力发电机、潮流发电机、洋流发电机、河流发电机等。
背景技术
近年来，从保护环境的角度来讲，使用诸如利用风力的风力发电机的可再生能源型的发电装置以及诸如利用潮汐的潮流发电机的可再生能源型涡轮发电机日益普遍。在可再生能源型的发电装置中，风、潮流、洋流或河流的运动能被转换成转子（旋转轴）的转动能，并且该转子的转动能由发电机转换成电功率。
在该类型的可再生能源型的发电装置中，发电机通常被连接到电网。在风力涡轮发电机的情况下，在发电机与电网之间的连接根据发电机的类型被分类，并且到电网的连接例如如图12A至图12C中所示。
在图12A中所示的类型中，鼠笼型感应发电机510经由增速齿轮500被连接到转子2。鼠笼型感应发电机510经由软起动器被直接连接到电网50。根据该类型，电子装置是简单且低成本的。然而，电网50的频率是固定的，并且因此，转子2的转速也是固定的。因此，风能中的改变被直接反映在输出功率的变化中。此外，已知的是，功率系数Cp最大时的转子的转速根据风速变化。从提高发电效率的角度来讲，无论风速如何，使转子2的转速固定不是优选的。
鉴于此点，通过采用在如图12B和图12C中所示的方法能够可变速操作的风力发电机被提出。
在图12B中所示的类型的风力发电机中，次级绕线转子感应发电机520经由增速齿轮500被连接到转子。次级绕线转子感应发电机520具有被直接连接到电网50的定子绕组和经由AC-DC-AC转换器530被连接到电网50的转子绕组。AC-DC-AC转换器530由发电机侧逆变器532、DC总线534和电网侧逆变器536形成。发电机侧逆变器532通过控制到转子绕组的电流以调节发电机扭矩来实现可变速操作。同时，电网侧逆变器536将从次级绕线转子感应发电机的转子绕组接收的电功率转换成符合电网的频率的AC功率。
在图12C中所示的类型的风力发电机中，同步发电机540被连接到转子2。同步发电机540经由AC-DC-AC链接550被连接到电网。AC-DC-AC链接550由转换器552、DC总线554和逆变器556形成。AC-DC-AC链接550通过调节同步发电机540的扭矩来实现可变速操作，并且AC-DC-AC链接550还将在同步发电机540中所产生的电功率转换成符合电网50的频率的AC功率。
近年来，使用包含液压泵和液压马达的液压传动装置的可再生能源型的发电装置正引起更多的关注。
例如，专利文献1公开了一种使用液压传动装置的风力发电机，该液压传动装置包含通过转子旋转的液压泵和被连接到发电机的液压马达。在该风力发电机的液压传动装置中，液压泵和液压马达经由高压存储器和低压存储器而连接。通过这样，转子的转动能经由液压传动装置被传输到发电机。此外，液压泵由多组活塞和汽缸、以及凸轮构成，该凸轮使活塞在汽缸中定期地往复运动。
虽然不直接涉及可再生能源型的发电装置的可变速度操作技术或电网连接技术，但是当电网电压由于雷击和诸如铁塔的坠落的传动装置故障下降时，存在风力发电机的操作技术（参见专利文献2至9）。
虽然不直接涉及可再生能源型的发电装置的可变速度操作技术或电网连接技术，但是存在借助于高初始响应励磁系统和电力系统稳定器来抑制当电网电压下降时的发电机摇摆的已知技术（参见非专利文献1）。发电机的“摇摆”意味着被连接到电网的同步发电机的内相位角的振荡。
高初始响应励磁系统是如下励磁系统：当在电网处发生诸如短路故障和接地故障的主要干扰时，该励磁系统迅速地检测发电机端子的电压降，立即增加励磁电流，升高发电机的内部感应电压以增加同步功率以抑制发电机的第一波形摇摆。此外，电力系统稳定器是如下装置：该装置通过控制励磁机以增加阻尼扭矩来抑制发电机摇摆，以便提高稳定状态的稳定性，通过使用高初始响应励磁系统来降低该稳定性。
[引用列表]
专利文献
PTL1：US2010/0032959
PTL2：CN101964533A
PTL3：US2011/0025059
PTL4：WO2010/085988
PTL5：KR10-0947075B
PTL6：WO2009/078072
PTL7：CN101383580A
PTL8：US7709972
PTL9：JP2007-239599A
非专利文献
NPL1：矢部宏、西村昭著“超速励磁控制系统”电气工程师学会，日本电气工程师学会，于1986年7月20日出版，第106卷，第7期，第643–645页
发明内容
技术问题
如上所述，在现有可再生能源型的发电装置中，图12B和图12C中所示的系统作为用以实现可变速操作和电网连接两者的技术被建立。另一方面，最近吸引关注的诸如在专利文献1中所公开的可再生能源型的发电装置中，用以实现可变速操作和电网连接两者的技术很难被建立。
在图12B和图12C中所示的系统中，高成本的频率转换电路（530、550）必须被设置以实现可变速操作和电网连接。这对成本降低造成障碍。
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种可再生能源型的发电装置以及该可再生能源型的发电装置的操作方法，该发电装置可以在无频率转换电路的情况下实现可变速操作和电网连接两者并且该发电装置使用液压传动装置。
本发明提供了一种使用可再生能源产生电力的可再生能源型的发电装置，该发电装置可以包含但不限于：
叶片；
旋转轴，该旋转轴通过经由叶片接收到的可再生能源而旋转；
液压传动装置，该液压传动装置包含由旋转轴驱动的液压泵和由从该液压泵供给的加压油驱动的液压马达；
同步发电机，该同步发电机由该液压马达驱动以产生电力并且在无中间频率转换电路的情况下被联接到电网，产生的电力被供应至该电网；
传动装置控制器，该传动装置控制器在正常操作模式下控制该液压传动装置以调节该液压泵和该液压马达中的每个的移位，使得该旋转轴以相对于该可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于该电网在该发电装置的正常操作期间的频率，将该同步发电机的转速保持在同步速度。
“可再生能源”指示例如在可再生能源的发电装置是风力发电机的情况下的风。在该情况下，“可再生能源的流速”是风速。
在该可再生能源型的发电装置中，将在无频率转换电路的情况下被连接到电网的同步发电机用作发电机。因此，现在能够在不依赖于频率转换电路的情况下借助于传动装置控制器在正常操作下实现可变速操作和电网连接两者。具体地，该传动装置控制器调节液压泵和液压马达中的每个的移位，使得旋转轴以相对于可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于电网的频率将同步发电机的转速保持在同步速度，以实现可变速操作和电网连接两者。
在以上可再生能源型的发电装置中，该传动装置控制器可以包含但不限于：
目标扭矩确定单元，该目标扭矩确定单元在正常操作模式下基于根据该可再生能源的流速的旋转轴的最佳扭矩来确定该液压泵的目标扭矩；
泵需量确定单元，该泵需量确定单元在正常操作模式下从该液压泵的目标扭矩来确定该液压泵的移位的需量DP；以及
泵控制单元，该泵控制单元调节该液压泵在该需量DP下的移位。
通过这样，液压泵的目标扭矩根据例如风速的可再生能源的流速基于最佳扭矩被确定，并且液压泵的移位在从目标扭矩确定的移位的需量DP下被调节。通过这样，旋转轴的转速相对于可再生能源的流速可以是可变的。换句话说，借助于传动装置控制器，能够实现可再生能源型的发电装置的可变速操作。
在以上可再生能源型的发电装置中，该传动装置控制器可以包含但不限于：
马达目标功率确定单元，该马达目标功率确定单元基于该液压泵的目标输出功率POWERP来确定该液压马达的目标输出功率POWERM；
马达需量确定单元，该马达需量确定单元在该正常操作模式下基于该确定的目标输出功率POWERM来确定该液压马达的移位的需量DM，使得该同步发电机在该同步速度下旋转；以及
马达控制单元，该马达制单元调节该液压马达在该需量DM下的移位。
通过这样，液压马达的移位被调节到基于确定的目标输出功率POWERM确定的液压马达的移位的需量DM，使得同步发电机在同步速度下旋转，并且因此，同步发电机的转速可被维持在同步速度。换句话说，同步发电机可以借助于传动装置控制器被连接到电网。
为此，在风力发电机1中，传动装置控制器40基于电网50的频率（例如，50Hz或60Hz）来控制液压传动装置10以将同步发电机20的转速保持在同步速度。稍后详细地描述传动装置控制器40的特定控制过程。
以上可再生能源型的发电装置可以还包含：
端子电压检测器，该端子电压检测器检测该同步发电机的端子电压；
励磁机，该励磁机对该同步发电机的励磁绕组供应励磁电流；以及
励磁机控制器，该励磁机控制器基于由该端子电压检测器检测到的端子电压与用于该端子电压的命令值之间的差来控制该励磁机。
通过调节将从励磁机被供应至同步发电机的励磁绕组的励磁电流，同步发电机的端子电压可以根据同步发电机的端子电压的命令值被维持。此外，用以维持端子电压的该控制可以借助于自动电压调整器（AVR）来执行。
在以上可再生能源型的发电装置中，励磁机控制器可以控制励磁机，使得在同步发电机的端子电压由于在电网处或从同步发电机到电网的传输线处的故障事件而下降之后，励磁电流立即被增加。
当故障甚至在传输线或电网处发生时，发电机的端子电压突然下降，瞬间降低发电机的电输出功率（有功功率）。因此，来自液压马达的机械输入功率相对于发电机的电输出功率变得过多，致使同步发电机的旋转器加速。这可以导致同步发电机的失步。因此，通过在同步发电机的端子电压由于在传输线或电网处的故障事件而下降之后立即增加励磁电流，发电机内部的感应电压增加，致使发电机的电输出功率增加。因此，同步发电机20的同步功率增加，抑制同步发电机在发生故障事件之后的第一波形摇摆。结果，提高了瞬态能力。以该方式，防止了同步发电机的失步。
此外，用以提高瞬态稳定性的对励磁机的以上控制可以优选地由超速励磁系统执行，该超速励磁系统是具有极快响应速度的励磁系统，诸如晶闸管励磁系统。
在端子电压由于故障事件的发生而下降之后立即增加励磁电流的情况下，在由励磁机增加励磁电流之后，励磁机控制器可以控制励磁机，使得当同步发电机的内相位角增加时励磁电流被增加，并且当同步发电机的内相位角减小时励磁电流被减小。
通过在端子电压由于故障事件而下降之后立即增加励磁电流，同步发电机的第一波形摇摆如上所述被抑制，因此提高了瞬态稳定性。然而，提高的响应性可以削弱在第一波形摇摆之后的稳定状态的稳定性。因此，当增加内相位角时励磁电流增加，并且当减小内相位角时励磁电流减小，以迅速地抑制同步发电机的摇摆以提高稳定状态的稳定性。
用以提高稳定状态的稳定性的对励磁机的以上控制优选地借助于电力系统稳定器（PSS）来实现。
此外，当同步发电机的端子电压由于在传输线或电网处的故障事件而下降时，传动装置控制器可以在故障事件响应模式下控制液压传动装置以调节液压马达的移位，使得当同步发电机的端子电压由于在从同步发电机到电网的传输线处或在电网处的故障事件而下降时，同步发电机的负载扭矩与由液压马达输入到同步发电机的扭矩之间的差减小。
当故障事件发生时，发电机的端子电压和同步发电机的电输出功率随故障事件的发生几乎同时下降。因此，需要对故障事件的极其迅的速响应以防止同步发电机的失步。从该方面，在正常操作模式下控制液压马达不足以响应于发电机的扭矩的骤然变化调节液压马达的扭矩。这致使发电机的扭矩与液压马达的扭矩之间的不平衡，致使同步发电机的内相位角显著改变。因此，在故障事件响应模式下，液压马达的移位被调节以减小发电机的扭矩与液压马达的扭矩之间的差。这允许液压马达的扭矩遵循发电机的扭矩的骤然变化，从而抑制同步发电机的内相位角的变化。结果，由于故障事件引起的同步发电机的摇摆能够迅速地被抑制。
在响应于在故障事件响应模式下发电机的扭矩的变化调节液压马达的扭矩的情况下，传动装置控制器可以包含：
马达需量确定单元，该马达需量确定单元在故障事件响应模式下基于由同步发电机产生的电力来确定液压马达的移位的需量DM；以及
马达控制单元，该马达控制单元调节液压马达在该需量DM下的移位。
以该方式，通过基于由同步发电机产生的电力来调节液压马达在需量DM下的移位，能够响应于在故障事件之后由同步发电机产生的电力的变化改变液压马达的移位，并且能够减小发电机的扭矩与液压马达的扭矩之间的差。结果，同步发电机由于故障事件的摇摆能够迅速地被抑制。
在基于在故障事件响应模式下由同步发电机产生的电力所确定的需量DM下调节液压马达的移位的情况下，以上可再生能源型的发电装置可以还包含桨距驱动机构，该桨距驱动机构调节叶片的桨距角，并且桨距驱动机构可以在电网或传输线处的故障事件期间朝顺桨位置改变叶片的桨距角。
在故障事件期间，同步发电机的端子电压与在正常操作中的端子电压相比下降，并且因此，同步发电机的电输出功率（由同步发电机产生的电力）与在正常操作中的电输出功率相比是小的。因此，通过在基于由同步发电机产生的电力所确定的需量DM下调节液压马达的移位，液压马达的输出功率下降，致使液压泵的输出功率过多。通过借助于桨距驱动机构朝顺桨位置改变叶片的桨距角，响应于液压马达的输出功率的下降，液压泵的输出功率可以被限制，同时抑制液压泵的加速度。
在故障事件期间朝顺桨位置改变叶片的桨距角的情况下，在从故障事件恢复开始之后，桨距驱动机构朝精调位置改变叶片的桨距角，并且马达需量确定单元增加液压马达的移位的需量DM以增加由同步发电机所产生的电力。
通过这样，在从故障事件恢复开始之后，能够通过增加液压马达的移位来产生更多电力。
故障事件可以是例如电网的电压下降到电网规范中规定的电压或更低的状况。
在以上可再生能源类型的发电装置中，励磁机控制器可以包含晶闸管，该晶闸管将励磁机的定子磁场励磁，并且该励磁机可以是AC励磁机，该AC励磁机设有由晶闸管励磁的定子磁场和随同步发电机的轴旋转的转子电枢，该DC励磁电流从该转子电枢经由旋转整流器被供应至同步发电机的励磁绕组。
以该方式，来自AC励磁机的旋转电枢的AC由旋转整流器整流并且被供应至同步发电机的励磁绕组。通过这样，能够实现无电刷结构，因此消除对电刷维护的需要（对电刷的定期更换）。因为风力发电机常常被安装在诸如山区和海上的偏远地区，所以事实是，不存在对电刷维护（对电刷的定期更换）的需要显著有助于减小运行成本。
以上可再生能源型的发电装置可以还包含辅助励磁机，该辅助励磁机包含与同步发电机一起被附接到公共轴的永磁发电机，并且励磁机控制器的晶闸管可以使用该辅助励磁机作为电源并且使励磁机的定子磁场励磁。
以该方式，附接到同步发电机的公共轴的PMG被用作励磁机控制器的晶闸管的电源，以使同步发电机甚至在连接到电网之前在无外部电源的情况下励磁。这对风力发电机是极其有利的，这通常在从外部电源获得电力上具有困难。
此外，发电装置可以是从作为可再生能源的风产生电力的风力发电机。
本发明提供了一种可再生能源型的发电装置的操作方法，该发电装置可以包含：旋转轴，该旋转轴通过经由叶片接收到的可再生能源而旋转；液压传动装置，该液压传动装置包含由旋转轴驱动的液压泵和由从该液压泵供给的加压油驱动的液压马达；以及同步发电机，该同步发电机由该液压马达驱动以产生电力并且在无中间频率转换电路的情况下被联接到电网，产生的电力被供应至该电网，并且该操作方法可以包含但不限于如下步骤：
在正常操作模式下控制该液压传动装置以调节该液压泵和该液压马达中的每个的移位，使得该旋转轴以相对于该可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于该电网在该发电装置的正常操作期间的频率，将该同步发电机的转速保持在同步速度。
根据该可再生能源型的发电装置的操作方法，调节该液压泵和该液压马达中的每个的移位，使得该旋转轴以相对于该可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于该电网在该发电装置的正常操作期间的频率，将该同步发电机的转速保持在同步速度。结果，能够实现可变速操作和电网连接两者。
可再生能源型的发电装置的以上操作方法可以还包含如下步骤：
在同步发电机的端子电压由于在电网处或从同步发电机到电网的传输线处的故障事件而下降之后，立即增加被供应至同步发电机的励磁绕组的励磁电流。
当故障甚至在传输线或电网处发生时，发电机的端子电压突然下降，瞬间降低发电机的电输出功率（有功功率）。因此，来自液压马达的机械输入功率相对于发电机的电输出功率变得过多，致使同步发电机的旋转器加速。这可以导致同步发电机的失步。因此，通过在同步发电机的端子电压由于在传输线或电网处的故障事件而下降之后立即增加励磁电流，发电机内部的感应电压增加，致使发电机的电输出功率增加。因此，同步发电机20的同步功率增加，抑制同步发电机在发生故障事件之后的第一波形摇摆。结果，提高了瞬态能力。以该方式，防止了同步发电机的失步。
以上可再生能源型的发电装置的操作方法可以还包含如下步骤：
在故障事件响应模式下控制液压传动装置以调节液压马达的移位，使得当同步发电机的端子电压由于在从同步发电机到电网的传输线处或在电网处的故障事件而下降时，同步发电机的负载扭矩与由液压马达输入到同步发电机的扭矩之间的差减小。
当故障事件发生时，发电机的端子电压和同步发电机的电输出功率随故障事件的发生几乎同时下降。因此，需要对故障事件的极其迅的速响应以防止同步发电机的失步。从该方面，在正常操作模式下控制液压马达不足以响应于发电机的扭矩的骤然变化调节液压马达的扭矩。这致使发电机的扭矩与液压马达的扭矩之间的不平衡，致使同步发电机的内相位角显著改变。因此，在故障事件响应模式下，液压马达的移位被调节以减小发电机的扭矩与液压马达的扭矩之间的差。这允许液压马达的扭矩遵循发电机的扭矩的骤然变化，从而抑制同步发电机的内相位角的变化。结果，由于故障事件引起的同步发电机的摇摆可以迅速地被抑制。
本发明的技术效果
根据本发明，调节液压泵和液压马达中的每个的移位，使得旋转轴以相对于可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于电网的频率，将同步发电机的转速保持在同步速度。结果，能够在不使用频率转换电路的情况下实现可变速操作和电网连接两者。
附图说明
[图1]
图1是示出风力发电机的示例结构的示意图。
[图2]
图2示出风力发电机的液压传动装置和传动装置控制器的结构。
[图3]
图3示出液压泵的特定示例结构。
[图4]
图4示出液压马达的特定示例结构。
[图5]
图5示出从同步发电机到电网的传输线的示例结构。
[图6]
图6示出在传动装置控制器中的确定液压泵的移位的信号流。
[图7]
图7是示出最大Cp曲线的图形，其中转子的转速Wr在横轴上并且转子扭矩T在纵轴上。
[图8]
图8示出在传动装置控制器中的确定液压马达的移位的信号流。
[图9]
图9是示出在发生短路故障之前和之后的有功功率Pe与内相位角A的关系的图形。
[图10]
图10是示出当在电网或传输线处存在故障事件时每个参数随时间变化的示例的图形。
[图11]
图11是示出当在电网或传输线处存在故障事件时每个参数随时间变化的另一示例的图形。
[图12A]
图12A示出传统风力发电机的示例。
[图12B]
图12B示出传统风力发电机的示例。
[图12C]
图12C示出传统风力发电机的示例。
具体实施方式
现在将结合附图详细地描述本发明的实施例。然而，希望的是，除非特别地规定，尺寸、材料、形状、其相对位置等将被解释为仅是例证性的而不限制本发明的范围。
虽然在下文中已经参照示例性实施例描述了本发明，但对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种修改。
在下列实施例中，风力发电机作为可再生能源型的发电装置的示例被描述。然而，本发明并不限于该示例并且可以被应用于诸如潮流发电机、洋流发电机和河流发电机的各种类型的可再生能源型的发电装置。
（风力发电机的结构）
图1是示出风力发电机的示例结构的示意图。图2示出风力发电机的液压传动装置和传动装置控制器的结构。图3示出液压泵的特定示例结构。图4示出液压马达的特定示例结构。
如图1中所图示，风力涡轮发电机1主要包含：转子2，该转子2通过风旋转；液压传动装置10，该液压传动装置10用于增加转子2的转速；同步发电机20，该同步发电机20被连接到电网；传动装置控制器40，该传动装置控制器40用于控制液压传动装置10（参见图2）；以及各种传感器，该各种传感器包含压力传感器31和转速传感器32和36。
液压传动装置10和同步发电机20可以被收容在机舱22或支撑机舱22的塔架24中。图1示出具有竖立地安装在地上的塔架24的陆地风力发电机。然而，这不是限制性的，并且风力发电机1可以被安装在包含海上的任何地方。
转子2被构造成使得旋转轴8被连接到具有叶片4的轮毂6。具体地，三个叶片4从轮毂6径向延伸，并且叶片4中的每个叶片被安装在轮毂6上，该轮毂6被连接到旋转轴8。这允许作用在叶片4上的风能使整个转子2转动，并且转子2的旋转经由旋转轴8被输入到液压传动装置10。用于调节叶片4的桨距角的致动器（桨距驱动机构）5被附接到叶片4，如图2中所示。
如图2中所图示，液压传动装置10包含：可变移位液压泵12，该可变移位液压泵12由旋转轴8驱动；可变移位液压马达14，该可变移位液压马达14的输出轴15被连接到同步发电机20；以及，高压油管线16和低压油管线18，该高压油管线16和该低压油管线18被布置在液压泵12与液压马达14之间。
高压油管线16将液压泵12的出口连接到液压马达14的入口。低压油管线18将液压泵12的入口连接到液压马达14的出口。从液压泵12排出的操作油（低压油）经由高压油管线16流入到液压马达14中。已经在液压马达14中工作的操作油经由低压油管线18流入到液压泵12中，然后操作油的压力由液压泵12升高，并且最后，该操作油流入到液压马达14中以驱动液压马达14。
图2图示出液压传动装置10包括仅一个液压马达14的示例性实施例。然而，在一些实施例中，也能够提供多个液压马达14并且将液压马达14中的每个液压马达连接到液压泵12。
如下所述，在一实施例中，液压泵12和液压马达14可以具有分别在图3和图4中所示的特定结构。
如图3中所示，液压泵12可以包含：多个工作室83，该多个工作室83中的每个工作室由气缸80和活塞82形成；环凸轮84，该环凸轮84具有与活塞82接合的凸轮轮廓；以及高压阀86和低压阀88，为工作室83中的每个工作室设置该高压阀86和该低压阀88。高压阀86被布置在高压油管线16与工作室83中的每个工作室之间的高压通路87中。低压阀88被布置在低压油管线18与工作室83中的每个工作室之间的低压通路89中。
在液压泵12的操作中，环凸轮84随旋转轴8旋转，并且活塞82根据凸轮轮廓循环地向上和向下移动以重复活塞82的从下止点开始并且到达上止点的泵循环以及活塞的从上止点开始并且到达下止点的吸入循环。因此，每个工作室83具有由活塞82和气缸80的内表面限定的循环地变化的容积。
通过打开和关闭高压阀86和低压阀88，液压泵12可以从致动状态和空闲状态中选择每个工作室83的操作模式。当为工作室83选择了致动状态时，在吸入循环期间关闭高压阀86并且打开低压阀88，使得操作油流入到该工作室83中，而在泵循环期间打开高压阀86并且关闭低压阀88，使得加压油从该工作室83移位到高压油管线16。与此相反，当为工作室83选择了空闲状态时，在吸入循环和泵循环两者期间保持高压阀86关闭并且保持低压阀88打开，使得操作油在工作室83与低压油管线18之间来回流动，即，不存在加压油到高压油管线16的移位。相应地，液压泵12的净移位可以通过改变在致动状态下的工作室83的数目相对于工作室83的总数的比率来调节。对液压泵12的净移位的控制由稍后详细地描述的传动装置控制器40来执行。
如图4中所图示，液压马达14可以包含：多个液压室93，该多个液压室93被形成在汽缸90和活塞92之间；偏心凸轮94，该偏心凸轮94具有与活塞92接合的凸轮轮廓；以及高压阀96和低压阀98，为液压室93中的每个液压室设置该高压阀96和该低压阀98。高压阀96被布置在高压油管线16和油室93中的每个油室之间的高压通路97中，而低压阀98被布置在低压油管线18与油室93中的每个油室之间的低压通路99中。
在液压马达14的操作中，活塞92定期地向上向下移动以重复活塞92的从上止点开始并且到达下止点的马达循环以及活塞的从下止点开始并且到达上止点的排出循环。在液压马达14的操作中，由活塞92和气缸90的内表面限定的每个工作室93的容积循环地变化。
通过打开和关闭高压阀96和低压阀98，液压马达14可以从致动状态和空闲状态中选择每个工作室93的操作模式。当为工作室93选择了致动状态时，在马达循环期间打开高压阀96并且关闭低压阀98，使得操作油从高压油管线16流入到该工作室93中，而在排出循环期间关闭高压阀96并且打开低压阀98，使得加压油从该工作室93移位到低压油管线18。与此相反，当为工作室93选择空闲状态时，在马达循环和泵循环两者期间保持高压阀96关闭并且保持低压阀98打开，使得操作油在工作室93与低压油管线18之间来回流动，即，不存在加压油从高压油管线16到工作室93的供给。如同液压泵12，液压马达14可以通过改变在致动状态下的工作室93的数目相对于工作室93的总数的比率来调节该液压马达14的净移位。对液压马达14的净移位的控制由稍后详细地描述的传动装置控制器40来执行。
图2示出连接到高压油管线16的蓄能器64。电磁阀66可以被设置在蓄能器64与高压油管线16之间。通过打开和关闭电磁阀66，蓄能器64与高压油管线16流体连通或从高压油管线16断开。例如，当在高压油管线16中的操作油过多时，可以打开电磁阀66以吸收在蓄能器64中的操作油然后关闭电磁阀66以存储在蓄能器64中的过多的操作油。在该情况下，存储在蓄能器64中的操作油可以通过重新打开电磁阀66被排出到高压油管线16。替代地，可以不设置电磁阀66。
可以使用压力传感器68来测量蓄能器64中的压力。
旁路管线60被布置在高压油管线16和低压油管线18之间以旁路液压马达14，并且卸压阀62被布置在旁路管线60中以维持高压油管线16的液压压力不大于规定的压力。通过这样，当高压油管线16中的压力达到卸压阀62的规定的压力时，卸压阀62自动地打开以允许高压油经由旁路管线60逸出至低压油管线18。
此外，液压传动装置10具有油箱70、补给管线72、升压泵74、油滤器76、回流管线78和低压卸压阀79。
油箱70存储补给操作油。补给管线72将油箱70连接到低压油管线18。升压泵74被布置在补给管线72中以用来自油箱70的补充操作油来补充低压油管线18。
回流管线78被安装在油箱70和低压油管线18之间。低压卸压阀79被布置在回流管线78中，并且在低压油管线18中的压力被维持在规定的压力或以下。通过这样，甚至用升压泵74对低压油管线18供应补给操作油，一旦低压油管线18中的压力达到低压卸压阀79的规定的压力，低压卸压阀79就可以自动地打开以经由回流管线78将操作油释放到油箱70。
如图2中所图示，风力发电机1具有包含压力传感器31和转速传感器32和34的各种传感器。转速传感器32和34分别测量旋转轴8的转速和液压马达14的输出轴15的转速。压力传感器31测量高压油管线16中的压力。也可以提供安装在机舱22的外侧用于测量风速的风速计33以及用于测量风力发电机1的环境温度的温度传感器34。该传感器的测量结果可以被发送至传动装置控制器40并且被用于控制液压泵12和液压马达14。
同步发电机20被联接到液压马达14的输出轴15。同步发电机20在没有诸如图12B和图12C的频率转换电路530和550的频率转换电路的情况下被连接到电网。为此，在风力发电机1中，传动装置控制器40基于电网50的频率（例如，50Hz或60Hz）来控制液压传动装置10以将同步发电机20的转速保持在同步速度。稍后详细地描述传动装置控制器40的特定控制过程。
图5示出从同步发电机20到电网50的传输线的示例结构。如在该附图中所示，同步发电机20经由升压变压器51被连接到总线52。总线52经由传输线54被连接到电网50。传输线54包含变电站55以及电路56A和56B。电路56A和56B中的每个电路设有断路器57、58。当在电网50和传输线54处不存在故障时，两个断路器57和58均被关闭，并且由同步发电机产生的电力借助传输线54在描画的箭头的方向上被传输到电网50。
此外，同步发电机20包含：励磁绕组21，该励磁绕组21随液压马达14和输出轴15旋转；以及固定电枢（未示出），升压变压器51被连接到该固定电枢。DC励磁电流从励磁机100被供应至励磁绕组21。
励磁机控制器110被设置用以控制被供应至励磁绕组21的励磁电流的大小。端子电压检测器59（电压互感器）被设置用以检测同步发电机20的端子电压。基于同步发电机20的检测到的端子电压，励磁机控制器110可以控制励磁机100，使得端子电压变成设定值（命令值）。
作为励磁机100的特定结构，励磁机100可以是如图5中所图示的AC励磁机。具体地，励磁机100可以是由旋转电枢（未示出）和励磁绕组（定子）102形成的AC发电机。
在该情况下，励磁机100是直接连接到液压马达14的输出轴15的AC励磁机，并且从励磁机100的旋转电枢输出的AC通过整流器（旋转整流器）103被转换成DC然后作为励磁电流被供应至同步发电机20的励磁绕组21。励磁绕组21、励磁机100的电枢以及整流器103随液压马达14的输出轴15旋转。以该方式，来自AC励磁机100的旋转电枢的AC由整流器（旋转整流器）103整流并且被供应至是旋转器的励磁绕组21。通过这样，不再需要提供电刷，从而消除对电刷维护的需要（对电刷的定期更换）。因为风力发电机常常被安装在诸如山区和海上的偏远地区，所以事实是，不存在对电刷维护（对电刷的定期更换）的需要显著有助于减小运行成本。
在图5中所示的示例中，励磁机控制器110改变被供应至励磁机的励磁绕组102的励磁电流的大小，以调节到同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流的大小。
在该情况下，励磁机控制器110可以由电压设定器112、比较电路113、自动电压调整器（AVR）114和晶闸管116形成，如图5中所示。电压设定器112将端子电压的设定值输出到比较电路113。在比较电路113中，将由端子电压检测器59检测到的同步发电机20的端子电压的检测值与从电压设定器112输入的设定值相比较并且上述值的差被输出到AVR114。在AVR114中，基于从比较电路113输出的差，门信号被供应至晶闸管116。晶闸管116被设置在励磁机100的励磁绕组102与辅助励磁机之间，该辅助励磁机由直接连接到液压马达14的输出轴15的永磁发电机（PMG）106形成。晶闸管116使用PMG（辅助励磁机）作为电源并且使励磁机100的励磁绕组（定子磁场）102励磁。
以该方式，被直接连接到液压马达14的输出轴15并且被附接到同步发电机20的公共轴的PMG被用作晶闸管116的电源，以使同步发电机甚至在连接到电网50之前在无外部电源的情况下励磁。这对风力涡轮发电机是极其有利的，这通常在从外部电源获得电力上具有困难。
从提高同步发电机20的稳定状态的稳定性的角度来讲，励磁机控制器110可以设有电力系统稳定器（PSS），如图5所示。PSS118可以基于在同步发电机20中产生的有功功率Pe校正比较电路113的比较结果。此外，PSS118主要用于抑制在稍后描述的故障事件响应模式下的发电机摇摆。此外，有功功率Pe可以根据从同步发电机20的固定电枢输出的检测到的电流值和电压值来计算。
（在正常操作模式下的风力发电机的操作控制）
在正常操作中，当在电网50或传输线54处不存在诸如短路、断开或接地（传输线接触地面）的故障事件时，以上结构的风力发电机1在下述正常操作模式下控制液压传动装置10。
如图2中所示，传动装置控制器40包含最佳扭矩确定单元41、目标扭矩确定单元42、泵需量确定单元43、泵控制单元44、泵目标功率确定单元45、马达目标功率确定单元46、马达需量确定单元47、马达控制单元48和存储单元49。
在正常操作模式下，传动装置控制器40控制液压传动装置10，使得旋转轴8以相对于风速是可变的转速旋转，同时基于电网50的频率，将同步发电机20的转速保持在同步速度。通过这样，同步发电机20可以在无中间频率转换电路的情况下被联接到电网50，并且风力发电机1的发电效率可以通过使转子2以与风速对应的转速旋转而提高。
在下文中，解释传动装置控制器40的每个单元在正常操作模式下的操作。传动装置控制器40的功能被广泛地划分成对液压泵12的控制和对液压马达14的控制。首先描述液压泵12的用以调节其移位的控制，接着描述液压马达14用以调节其移位的控制。
图6示出通过传动装置控制器40确定液压泵12的移位的信号流。如该附图中所示，最佳扭矩确定单元41接收由转速传感器32检测到的旋转轴8的转速Wr并且根据该转速Wr确定液压泵12的最佳扭矩Ti。例如，最佳扭矩确定单元41从存储单元49（参见图2）读出事先被设置的Wr-Ti函数（转速Wr和最佳扭矩Ti的函数），并且从Wr-Ti函数获得对应于转速Wr的最佳扭矩Ti。
现在解释存储在存储单元49中的Wr-Ti函数的示例。
图7是示出最大Cp曲线的图形，其中转子的转速Wr在横轴上并且转子扭矩T在纵轴上。最大Cp曲线300是通过连接功率系数Cp变成最大的坐标（Wr、T）而绘制的曲线。最大Cp曲线300是借助坐标Z1至Z5而绘制的，在Z1至Z5处，幂函数Cp相对于各种风速（例如，风速V0至V5）变成最大。
存储在存储单元49中的Wr-Ti函数可以是函数310，该函数310由在操作点a和操作点b之间的最大Cp曲线300限定以及由在操作点b和操作点c之间的直线限定，如由图7中的粗线所指示。函数310是如下直线：在该直线上，转子的转速在额定转速Wrated下是恒定的。对应于操作点a的风速V0是切入风速并且对应于操作点c的风速V4是达到额定功率的风速（额定风速）。为了根据函数310确定最佳扭矩Ti，根据函数310获得与由转速传感器32检测到的旋转轴8的转速Wr对应的转子扭矩。
通过使用函数310，在切入风速V0与风速V3之间的风速区域中，可以根据在最初转速W0与额定转速Wrated之间的区域中的风速调节液压泵12的转速Wr（转子转速），风力发电机可以在功率系数Cp是最大的状况下被操作。具体地，在最初转速W0与额定转速Wrated之间的可变速度范围内，风力发电机可以在最大效率下操作。此外，在风速V3与额定风速V4之间的风速区域中，液压泵12的转速Wr被保持在额定转速Wrated下。在额定风速V4与切出风速之间的高风速区域，叶片4的桨距角由致动器（桨距驱动机构）调整以维持额定功率。
所获得的液压泵12的最佳扭矩Ti因此由扭矩目标确定单元42修改以确定液压泵12的扭矩目标Td。
目标扭矩确定单元42通过乘以比例因子M来调节最佳扭矩Ti以产生已调节的最佳扭矩MTi。比例因子M可以是0和1之间的任何数值，并且通常在0.9与1之间。乘以比例因子M促使液压泵12的实际扭矩与最佳扭矩Ti相比略微降低，因此允许转子2在阵风期间更迅速地加速。相应地，与如果泵扭矩不与最佳扭矩Ti成比例的情况相比，能够捕获更多电力。比例因子M将致使转子2更缓慢地减速，因此在风平息期间操作离开其最佳操作点，然而由于跟踪阵风可获得的附加电力比由于在风平息期间的次佳操作的电力损失更大。
由目标扭矩确定单元42获得的扭矩目标Td可以是已调节的最佳扭矩MTi与扭矩反馈控制器201的输出功率之间的差。扭矩反馈控制器201计算估计的空气动力学扭矩，Taero，该空气动力学扭矩是电流扭矩目标和加速扭矩的和，该加速扭矩通过转子2的角加速度ar乘以转子2的转动惯量J的力矩来获得。扭矩反馈控制器201的输出是估计空气动力学扭矩与已调节的最佳扭矩之间的差Texcess，该差Texcess然后乘以反馈增益G以获得反馈扭矩Tfeedback。反馈增益G可以是大于或等于零的任何数值，且零值作用以禁用扭矩反馈控制器201。
扭矩反馈控制器201如下地响应于转子2的加速和减速：通过在加速的情况下从已调节的最佳扭矩MTi减去扭矩以稍微减小扭矩目标Td，并且在减速的情况下对已调节的最佳扭矩增加扭矩以稍微增加扭矩目标Td。这使得转子2与单独的已调节的最佳扭矩控制相比响应于输入风能中的变化更快地加速和减速，因此允许从风捕获更大的总能。
由扭矩目标确定单元42获得的扭矩目标Td被发送至泵需量确定单元43并且被用于计算液压泵12的移位的需量DP。泵需量确定单元43通过用目标扭矩Td除以在高压油管线16中的测量油压Ps来计算液压泵12移位的需量DP。需量DP可以由压力限制器202修改，该压力限制器202可能是PID型控制器，其输出是移位的需量DP。压力限制器202通过修改流量转移的泵需量速率而起到将液压泵12的压力保持在可接受的范围内的作用，可接受的范围即在风力发电机的安全操作的最高水平以下。压力限制在如下一些操作模式下可以被禁用：期望借助卸压阀62使能量耗散例如以防止风力发电机在极端阵风期间超过其额定速度地操作，或该压力限制在使用中可以被改变。泵需量确定单元43可以基于高压油管线16中的油温校正液压泵12的移位的需量DP。
此外，泵需量确定单元43可以使用调节器203以响应于来自诸如风电场和调度中心的场控制器的外部命令中心的功率需量信号来校正液压泵12的扭矩目标Td。通过这样，能够产生满足来自外部命令中心的需量的电力。
已经被以以上方式计算的液压泵12的移位的需量DP然后被发送至泵控制单元44，并且液压泵12的移位由泵控制单元44调节到需量DP。例如，泵控制单元44控制高压阀86和低压阀88的打开和关闭以改变在致动状态下的工作室83与工作室的总数的比率，从而将液压泵12的移位调节到移位的需量DP。
图8示出由传动装置控制器40确定液压马达14的移位的信号流。
如该附图中所示，泵目标功率确定单元45通过用由目标扭矩确定单元42获得的液压泵12的目标扭矩Td乘以由转速传感器32获得的旋转轴8的转速Wr来计算液压泵12的目标输出功率的基值POWER0。在泵目标功率确定单元45中，调节器212响应于来自诸如风电场和调度中心的场控制器的外部命令中心210的功率需量信号Sd计算校正的输出功率POWERc。然后，校正的输出功率POWERc被增加到事先获得的目标输出功率的基值POWER0，以计算液压泵12的目标输出功率POWERP。
马达目标输出确定单元46通过使用一阶低通滤波器处理液压泵12的目标输出功率POWERP来计算液压马达14的目标输出功率POWERM，该一阶低通滤波器的传递函数是H（s）=1/（Ts+1）。
然后，马达需量确定单元47通过用液压马达14的目标输出功率POWERM除以由油压力传感器31测量的测量油压Ps以及由转速传感器36测量的液压马达14的已测量转速Wm来计算液压马达14的名义需量Dn。
以以上方式计算的液压马达14的名义需量Dn通过用每单位时间从液压泵12到液压马达14的能量除以高压油管线16的压力Ps的转速Wm和液压马达14的转速Wm而获得。因此，当液压马达14的转速Wm太低时，名义需量Dn是高的，从而升高液压马达14的转速Wm。相反，当液压马达14的转速Wm太高时，名义需量Dn是小的，从而降低液压马达14的转速Wm。因此，能够将液压马达14的转速Wm维持在恒定速率（即，在同步发电机20的同步速度）。
在马达需量确定单元47中，校正的需量Db根据目标输出功率POWERM来计算然后被增加到名义需量Dn以获得液压马达14的移位的需量DM。校正的需量Db可以例如由压力反馈控制器220通过用高压油管线16的目标压力Pd与由压力传感器31测量的测量油压Ps之间的差乘以可变增益Kp来计算。
高压油管线16的目标压力Pd可以通过将液压马达的电流目标输出功率POWERM输入到函数230来计算，该函数30指示事先设定的目标马达输出功率与高压油管线16的目标压力之间的关系。函数230至少部分地由如下曲线限定：高压油管线16的目标压力根据马达目标输出功率的增加单调递增。因此，与在液压马达的目标输出功率是高的（即，液压泵12的排出率是高的）情况相比，在目标马达输出功率是小的（即，液压泵的排出率是低的）的情况下，高压管线的目标压力Pd被设置为较低。通过这样，当目标马达输出功率是小的时，能够减小相对于液压泵12的操作油的排出率的内泄漏量，从而抑制影响对液压传动装置10的控制的操作油的内泄漏。
可变增益Kp使用函数232根据高压油管线16的当前压力Ps（由压力传感器检测到的压力）、高压油管线16的在允许的范围内的最大压力Pmax和最小压力Pmin来确定。例如，当当前压力Ps在允许的范围之外（即，Ps<Pmin或Ps>Pmax）时，可变增益Kp被设定在最大增益Kmax处，并且当当前压力Ps在允许的范围内（即，Pmin小于或等于Ps小于或等于Pmax）时，随着当前压力Ps变得更接近最小压力Pmin或最大压力Pmax，可变增益Kp可以朝最大增益Kmax增加。通过这样，当压力Ps偏离允许的范围时，或当压力Ps不再在允许的范围内时，通过增加可变增益Kp（或将可变增益设定在最大增益处），用该可变增益Kp乘以压力Ps与目标压力Pd之间的差，高压油管线的压力Ps迅速被调节至在允许的范围内并且也更接近目标压力Pd。
在正常操作模式下，同步发电机20的端子电压由控制励磁机的励磁机控制器100维持。例如，如图5中所示，在比较电路114中，由端子电压检测器59测量的同步发电机20的测量端子电压与从电压设定器112输入的设定值之间的差可以被获得，并且基于该获得的差，晶闸管116的门信号被从AVR114供应。通过这样，供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流的大小被调节，并且因此，同步发电机20的端子电压被维持（在从电压设定器112输入的设定值）。
从电压设定器112输入的发电机的设定值（命令值）是例如符合电网50的电压。
如上所述，传动装置控制器40在正常操作模式下控制液压传动装置10，使得旋转轴8以相对于风速是可变的转速旋转，同时基于电网50的频率，将同步发电机20的转速保持在同步速度。
具体地，传动装置控制器40借助于最佳扭矩确定单元41计算旋转轴的最佳扭矩Ti，然后基于该最佳扭矩Ti借助于目标扭矩确定单元42确定液压泵12的目标扭矩Td。此外，传动装置控制器40借助于泵需量确定单元43根据目标扭矩Td计算液压泵12的移位的需量DP，然后借助于泵控制单元44将液压泵12的移位调节至移位的需量DP。以该方式，转子2以根据风速（即，可变速操作）的转速旋转，从而提高发电效率。
此外，液压传动装置控制器40借助于马达目标功率确定单元46基于液压泵12的目标输出功率POWERP计算液压马达14的目标输出功率POWERM。液压传动装置控制器40借助于马达需量确定单元47计算液压马达14的移位的需量DM，使得同步发电机20以与电网50的频率对应的同步速度旋转，然后借助于马达控制单元48将液压马达14的移位调节至需量DM。通过这样，同步发电机20被维持在同步转速，并且同步发电机可以在无中间频率电路的情况下被连接到电网50。
（在故障事件响应模式下的风力发电机的操作控制）
当在电网50或传输线54处存在诸如短路、断开或接地（传输线接触地面）的故障事件时，可以发送至电网50侧的电力是有限的，从而使同步发电机20的电输出功率（有功功率）瞬间降低。结果，来自液压马达14的机械输入相对于同步发电机的电输出功率变得过多，致使同步发电机20的内相位角突然减小。这可以导致同步发电机20的失步。
以上现象在故障事件发生之后在短时间（例如，几毫秒至几秒）内立即发生。因此，与装备有用作缓冲器（参见图12B和图12C）的频率转换电路530、550的传统风力发电机不同，有必要使本实施例的风力发电机1在发生故障事件之后立即响应，因为该故障事件会直接影响同步发电机20。
通过上述正常操作模式难以充分地响应于故障事件，在上述正常操作模式下，控制参数在能量传输路径（转子2>液压泵12>液压马达14>同步发电机20）中被从上游侧到下游侧确定。在正常操作模式下，响应于液压马达14以及同步发电机20的当前转速的增加，液压马达14的移位随同步发电机20减小。然而，这不足以有效地防止同步发电机20的失步。
在本实施例中，当故障事件在电网50和传输线54处发生时，风力发电机1在不同于以上正常操作模式的故障事件响应模式下操作。
在该故障事件响应模式下，不同于控制参数在能量传输路径中从上游到下游被计算的正常操作，控制参数在能量传输路径中从下游至上游被计算。具体地，在故障事件响应模式中，将被供应至同步发电机20的励磁绕组的励磁电流在故障事件发生之后立即被控制，并且响应于同步发电机20的电输出功率（电力）中的变化立即调节液压马达14的移位的需量DM，并且如果必要，桨距和液压泵12也被控制。
响应于同步发电机20的端子电压和来自同步发电机20的电力的骤降，低电压检测信号被输出。响应于低电压检测信号，风力发电机1的操作可以被从正常操作模式切换到故障响应模式。
下面解释当在电路56B的断路器58和58之间发生的短路（断开和接地）时由励磁机控制器110和传动装置控制器40控制的特定示例。
图9是示出在发生短路故障之前和之后的有功功率Pe与内相位角A的关系的图形。
当在电路56B的断路器58和58之间发生短路时，几乎在与短路故障发生的同时，同步发电机20的端子电压突然下降，并且从同步发电机20输出的有功功率Pe也骤然下降（参见图9，状态1至状态2）。然后，断路器58和58断开，并且电路56B被切断以排除电路56B中的短路故障。因此，从同步发电机20输出的电功率恢复（从状态2到状态3）。然而，电功率仅经由剩余电路56A被传输，并且因此，电功率不恢复到在发生短路故障之前的最初水平（状态1）。
在发生短路故障之前，同步发电机20在状态1的Pe-A曲线上的点1处操作，并且内相位角A是A0。点l是来自液压马达14的机械输入Pm（近似与图8的目标输出功率POWERM相同）与状态1的Pe-A曲线的交叉点。如果内相位角A稍微偏离A0，同步功率dP/dA起到将内相位角A校正至A0的作用。因此，内相位角A在A0处保持稳定。
然而，一旦短路故障发生，Pe-A曲线即刻从状态1切换到状态2。紧接发生短路故障之后，内相位角A借助同步发电机20的旋转器的惯性保持在A0。因此，在发生短路故障之后，同步发电机20的操作点即刻从操作点1转换到操作点m。同时，来自液压马达14的机械输入Pm相对于同步发电机20的电输出功率Pe变成过多，致使同步发电机20的旋转器加速并且同步发电机20的操作点从操作点m转换至操作点n。因此，内相位角A从A0朝A1增加。
一旦内相位角A达到A1，断路器58和58断开以消除短路故障。通过这样，同步发电机的Pe-A从状态2上升到状态3。同时，在消除短路故障之后不久，内相位角A由于同步发电机20的旋转器的惯性仍旧保持在A1。因此，通过消除短路故障后，同步发电机20的操作点即刻从操作点n转换到操作点o。这致使同步发电机的电输出功率Pe超过来自液压马达14的机械输入Pm，并且因此，同步发电机20的旋转器开始减速。因此，在内相位角A达到A2之后，内相位角A减小，并且其后，该内相位角重复增加和下降并且振荡。然而，同步发电机20的阻尼力最后使内相位角衰减并且使内相位角稳定。
为内相位角A的转折点的操作点p是如下操作点：在该操作点处，被示出为在来自液压马达14的输入Pm与状态2的Pe-A曲线之间形成的区域S1的加速能与被示出为在状态3的Pe-A曲线与液压马达的输出功率Pm之间形成的区域S2的减速能一致。
在该实施例中，紧接故障事件的发生，励磁机控制器110控制励磁机100以增加供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流。这指示图9中的状态2或状态3的Pe-A曲线的向上转换。关于内相位角A的改变，Pe-A曲线的向上转换减小加速能（区域S1）并且增加减速能（区域S2）。因此，能够确保与在早期的加速能（区域S1）平衡的减速能（区域S2）以及内相位角A的转折点，并且使操作点p朝最初的操作点1移动。因此，在故障事件之后同步发电机20的第一波形摇摆（A2-A0）可以被抑制，从而提高瞬态稳定性。
控制励磁机100以提高瞬态稳定性可以优选地借助于如图5中所示的晶闸管116和AVR114由晶闸管类型的超速励磁来执行。
用以通过超速励磁控制来提高同步发电机的瞬态稳定性的技术在使用蒸汽涡轮和燃气涡轮的发电设施中被建立。然而，将该技术应用于可再生能源型的发电装置是未知的。这是因为，在传统可再生能源型的发电装置中，发电机经由用作缓冲器的频率转换电路被连接至电网，并且发电机的瞬态稳定性不是太大的问题。
通过在发电机的端子电压由于故障事件的发生而下降之后立即磁化同步发电机20，如上所述，同步发电机20的第一波形摇摆被抑制，从而提高瞬态稳定性。然而，优良的响应性可以导致在第一波形摇摆之后状态稳定性的下降。
鉴于此点，励磁机控制器110控制励磁机100，使得当同步发电机20的内相位角A增加时，励磁绕组21的励磁电流增加，而当同步发电机20的内相位角A减小时，励磁绕组21的励磁电流减小。在该情况下，借助于图5中所示的PSS118基于由电功率传感器119检测到的同步发电机20的电输出功率Pe，当同步发电机20的内相位角A增加时能够使励磁电流增加，并且当同步发电机20的内相位角A减小时能够使励磁电流减小。
在使用蒸汽涡轮的发电设施中，调速器控制单元控制涡轮输出以维持发电机的恒定转速。然而，调速器控制单元通过打开和关闭蒸汽涡轮中的蒸汽调整阀或截断阀使进入蒸汽涡轮的蒸汽的流量增加或减小以调节涡轮输出。因此，花费至少几秒来开始操作。因此，在使用蒸汽涡轮和燃气涡轮的发电设施中，故障事件由超速励磁控制和PSS单独地操纵。
相反，在本实施例的风力发电机1中，液压马达14的输出功率可以在离发生故障事件几秒内被控制。具体地，在图4中图示的液压马达的情况下，假如输出轴15以高速（例如，155或1800rpm）旋转，并且多个液压室93被设置在输出轴15的周向方向上。能够在几毫秒到几十毫秒内通过调节移位来控制马达输出功率。
鉴于该点，在故障事件响应模式下，传动装置控制器40可以通过调节液压马达的移位来调整液压马达14的输出功率，以减小从液压马达14输入到同步发电机20的扭矩与同步发电机20的负载扭矩之间的差。具体地，通过将液压马达14的机械输出功率Pm上下移动至图9中的同步发电机20，能够自由地调节机械输入Pm与同步发电机20的电输入Pe（电力）之间的差，从而有助于使内相位角A稳定。结果，由于故障事件引起的同步发电机20的发电机摇摆能够立即被抑制。
具体地，在故障事件响应模式下，马达需量确定单元47基于由同步发电机20产生的电功率计算液压马达14的移位的需量DM，并且马达控制单元48将液压马达14的移位调节到移位的需量DM。
以该方式，通过将液压马达14的移位调节至基于由同步发电机20产生的电功率所计算的移位的需量DM，能够响应于在故障事件发生之后由同步发电机20产生的电功率的变化改变液压马达14的移位。因此，能够响应于同步发电机的负载扭矩的重大变化调节液压马达14的扭矩，从而迅速地抑制由于故障事件引起的同步发电机20的摇摆。
当故障事件发生时，同步发电机的端子电压与正常操作相比是低的，并且因此，可以从同步发电机20输出至电网50的电功率与正常操作相比是低的。当将液压马达14的移位调节至基于同步发电机的电力计算的移位的需量DM时，这致使液压马达14的输出功率下降并且致使液压泵12的输出功率过分增加。
因此，从液压泵12排出的高压油的剩余部分可以被积聚在蓄能器64中。具体地，利用在蓄能器64与高压油管线16之间的电磁阀，紧接故障事件的发生之后，电磁阀66被打开以允许蓄能器64与高压油管线16连通以在蓄能器64中积聚高压油的剩余部分。相反，在蓄能器64直接被连接到高压管线16而无电磁阀66的情况下，紧接故障事件的发生之后，高压油的剩余部分被自然地积聚在蓄能器64中，并且因此，不需要特殊的过程。
一旦蓄能器64被高压油填满，高压油管线16的压力Ps增加至卸压阀62的设定压力，并且之后，卸压阀62打开以经由旁路管线60将剩余的高压油释放至低压油管线18。
此外，为了使液压泵12的输出功率与液压马达14的输出功率在故障事件响应模式下平衡，致动器5可以朝顺桨位置改变叶片4的桨距角。通过这样，在防止液压泵12过分加速（液压泵12的转速变得过分高）的同时，能够响应于液压马达14的输出功率的下降在一定程度上限制液压泵12的输出功率。
此外，当液压泵12的输出功率与液压马达14的输出功率在限制液压泵12的输出功率之后仍旧不平衡时，高压油的剩余部分可以被积聚在蓄能器中，并且高压油的剩余部分可以经由旁路管线60被释放到低压油管线18。
在通过接通断路器58从电路2的短路故障恢复之后，致动器（桨距驱动机构）5可以使叶片4的桨距角朝精调位置恢复，并且马达需量确定单元47可以增加液压马达14的移位的需量DM以增加由同步发电机20所产生的电功率。
通过这样，在从故障事件恢复之后，能够通过增加液压马达14的移位来增加发电量。
如上所述，在故障事件响应模式下，将被供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流紧接故障事件发生之后被控制，并且响应于在同步发机20中产生功率的变化，液压马达14的移位的需量DM也被调节，并且此外，如果必要，桨距和液压泵12被控制。
具体地，紧接同步发电机的端子电压由于故障事件而下降之后，励磁机控制器110控制励磁机100以增加被供应至励磁绕组21的励磁电流的大小。通过这样，同步发电机20的同步功率增加，在发生故障事件之后抑制同步发电机20的第一波形摇摆。结果，提高了瞬态能力。
此外，在由励磁机100增加被供应至励磁绕组21的励磁电流之后，励磁机控制器110可以控制励磁机100，使得当同步发电机20的内相位角A增加时，励磁电流增加，并且使得当同步发电机20的内相位角A减小时，励磁电流减小。通过这样，稳定状态的稳定性被提高，并且现在能够迅速地抑制同步发电机20的摇摆。
此外，在故障事件响应模式下，当同步发电机20的端子电压由于故障事件而下降时，传动装置控制器40调节液压马达14的移位以减小从液压马达14输入到同步发电机20的扭矩与同步发电机20的负载扭矩之间的差。例如，在故障事件响应模式下，传动装置控制器40可以基于由同步发电机20产生的功率借助于马达需量确定单元47来计算液压马达14的移位的需量DM，并且借助于马达控制单元48将液压马达14的移位调节到移位的需量DM。
通过这样，能够响应于发电机扭矩的突然变化调节液压马达的扭矩，并且因此，由于故障事件引起的同步发电机20的摇摆能够迅速地被抑制。
现在描述在故障事件响应模式下使用控制的少许特定例子。图10和图11是示出当在电网50或传输线54处存在故障事件时每个参数随时间变化的图形。
在图10的示例中，在故障事件发生之前，同步发电机20的端子电压Vt和额定端子电压Vrated是稳定的。然而，故障事件在时间t0发生，并且端子电压Vt即刻下降。通过这样，低电压检测信号被输出。响应于低电压检测信号，风力发电机1的操作从正常操作模式被切换到故障响应模式。
在该示例中，当端子电压Vt是额定端子电压的90%或以下时，低电压检测信号被输出。
响应于端子电压Vt的骤然下降，在比较电路113的输出值与由端子电压检测器59测量的测量值之间的差，即，端子电压的命令值突然变高。因此，由励磁机控制器110（具体地，AVR114和晶闸管116）控制的励磁机100增加将被供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流（励磁机电流）。通过这样，同步发电机20的内相位角A的骤然增加被抑制，并且同步发电机20的瞬态稳定性增强。此外，虽然未在该附图中示出，但是在励磁机100在AVR114和晶闸管116的控制下使励磁电流增加之后，励磁电流由PSS118调节，并且稳定状态的稳定性被增强。
在故障事件在T0时发生之后，液压马达14的移位DM基于由同步发电机20产生的功率Pe被调节以下降。然而，同步发电机20的电功率Pe已经通过增加被供应至励磁绕组21的励磁电流而增加，并且因此，不必显著减小液压马达14的移位DM。通过这样，来自液压马达14的机械输入功率Pm下降，机械输入Pm与同步发电机20的电输出功率Pe（产生的功率）之间的差变小，并且由于故障事件引起的内相位的增加被抑制。结果，由于故障事件引起的同步发电机的摇摆能够迅速地被抑制。
此外，当故障事件在时间T0时发生时，致动器（桨距驱动机构）5开始对叶片4的桨距控制，并且桨距角朝顺桨位置过渡。然而，借助致动器5的桨距控制可以仅以例如近似3deg/s至6deg/s的速度改变桨距角。与在励磁机控制器110和液压马达14中的其它控制相比，这倾向于导致响应于故障事件的延迟。通过将叶片4的桨距角朝顺桨位置改变，能够根据液压马达14的输出功率的下降在一定程度上限制液压泵12的输出功率，同时防止液压泵12的过度加速。
此外，甚至在限制液压泵12的输出功率之后，液压泵的输出功率相对于液压马达14的输出功率仍旧保持过多。这致使高压油管线16的压力Ps上升，并且高压油的剩余部分被积聚在蓄能器64中。结果，积聚在蓄能器64中的高压油的量从时间t0开始突然增加。
接着，在时间t1时，故障事件被解决，并且端子电压Vt开始恢复，并且在时间t2时，端子电压Vt达到额定端子电压Vrated的90%。最后，在时间t3时，端子电压Vt达到额定端子电压Vrated的94%。例如，时间t1比时间t0晚0.14秒，并且时间t3比时间t0晚0.5秒。
响应于端子电压Vt由于从故障事件的恢复而恢复，比较电路113的输出值，即，在端子电压的命令值与由端子电压检测器59检测的测量端子电压之间的差变小。因此，在励磁机控制器110（即AVR114和晶闸管116）的控制下，励磁机100使将被供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流（励磁机电流）减小。
此外，当故障事件被解决时，端子电压Vt（在t2时）达到额定端子电压Vrated的90%，低电压检测信号的输出停止，并且风力发电机1的操作从故障事件响应模式被切换到正常操作模式。
因此，液压马达14的移位DM在时间t2时开始增加，此时，端子电压Vt在从故障事件恢复之后达到额定端子电压的90%。这允许在从故障事件恢复之后由风力发电机1产生的功率的增加量。
此外，在时间t2过去之后，叶片4的桨距角由致动器（桨距驱动机构）5逐渐朝精调位置移动。响应于该情况，液压泵的移位DP逐渐增加。同时，通过改变叶片4的桨距角并且使液压泵12的移位DP慢于增加液压马达14的移位DM的速度，积聚在蓄能器4中的高压油被释放，并且高压管线16的压力Ps下降。
图11中所示的示例与图10中所示的示例的不同之处在于，端子电压Vt突然下到近似零。主要解释该不同如何影响在故障事件响应模式下的控制。不进一步解释控制的与图10的示例共同的部分。
在图11的示例中，时间t1比时间t0晚0.15秒，时间t2比时间t0晚0.7秒，并且时间t3比时间t0晚1.5秒。
如图11中所示，在故障事件发生之前，端子电压Vt在额定端子电压Vrated下是稳定的，并且一旦故障事件在时间t0时发生，端子电压Vt突然下降至近似零。通过这样，低电压检测信号被输出。风力发电机1的操作从正常操作模式被切换到故障响应模式。
响应于端子电压Vt的骤然下降，比较电路113的输出值、端子电压的命令值，即，比较电路113的输出值与由端子电压检测器59测量的测量值之间的差突然变大。因此，由励磁机控制器110（具体地，AVR114和晶闸管116）控制的励磁机100增加将被供应至同步发电机20的励磁绕组21的励磁电流（励磁机电流）。与图1的示例不同，端子电压Vt在时间t0时下降至近似零，并且同步发电机20的电输出功率Pe变成近似零。因此，增加将被供应至励磁绕组21的励磁电流对抑制同步发电机20的摇摆没有太多影响。
在故障事件在t0时发生之后，液压马达14的移位DM基于由同步发电机20产生的功率Pe被调节然后减小。同时，同步发电机的电输出功率甚至在增加将被供应至励磁绕组21的励磁电流之后近似为零，并且因此，在尝试平衡来自液压马达14的机械输出功率Pm与同步发电机20的电输出功率Pe的过程中，液压马达14的移位DM减小至近似零。通过这样，机械输入功率Pm与同步发电机20的电输出功率（电力）之间的差减小，从而防止由故障事件引起的内相位角A增加。结果，由于故障事件引起的同步发电机20的发电机摇摆能够被抑制。
在图10的示例中，端子电压Vt在t0与t1之间不为近似零。因此，通过主要由励磁机控制器110（具体地，AVR114、晶闸管116和PSS118）控制励磁电流，能够抑制同步发电机20的摇摆。因此，没有必要将液压马达14的移位DM减小至近似零。
相反，在图11的示列中，端子电压在t0与t1之间为近似零。因此，由励磁机控制器110（具体地，AVR114、晶闸管116和和PSS118）控制励磁电流对抑制同步发电机的摇摆没有太多影响。因此，液压马达14的移位DM借助于励磁机控制器110（具体地，AVR114、晶闸管116和PSS118）被急剧减小以抑制同步发电机20的摇摆。
以该方式，取决于故障事件的类型，可以以不同的方式控制同步发电机的摇摆。
虽然已经在上文中参照示例性实施例描述了本发明，但是对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变。
附图标记
1风力发电机
2转子
4叶片
6轮毂
8旋转轴
10液压传动装置
12液压泵
14液压马达
15输出轴
16高压油管线
18低压油管线
20同步发电机
21励磁绕组
22机舱
24塔架
31压力传感器
32转速传感器
33风速计
34温度传感器
36转速传感器
40传动装置控制器
41最佳扭矩确定单元
42目标扭矩确定单元
43泵需量确定单元
44泵控制单元
45泵目标功率确定单元
46马达目标功率确定单元
47马达需量确定单元
48马达控制单元
49存储单元
50电网
51升压变压器
52总线
54传输线
55变电站
56A电路
56B电路
57、58断路器
59端子电压检测器
60旁路管线
62卸压阀
64蓄能器
66电磁阀
68压力传感器
70油箱
72补给管线
74升压泵
76油滤器
78回流管线
79低压卸压阀
100励磁机（AC励磁机）
102励磁绕组
103旋转整流器
106PMG
110励磁机控制器
112电压设定器
113比较电路
114AVR
116晶闸管
118PSS
201扭矩反馈控制器
202压力限制器
203调节器
210外部命令中心
212调节器
220压力反馈控制器
300最大Cp曲线
310Wr-Ti函数
500增速齿轮
510鼠笼型感应发电机
520次级绕线转子感应发电机
530AC-DC-AC转换器（频率转换电路）
540同步发电机
550AC-DC-AC链接（频率转换电路）

Claims (17)

1.一种使用可再生能源发电的可再生能源型的发电装置，所述发电装置包括：
叶片；
旋转轴，所述旋转轴通过经由所述叶片接收到的所述可再生能源而旋转；
液压传动装置，所述液压传动装置包括由所述旋转轴驱动的液压泵和由从所述液压泵供给的加压油驱动的液压马达；
同步发电机，所述同步发电机由所述液压马达驱动以产生电力并且在无中间频率转换电路的情况下被联接到电网，产生的电力被供应至所述电网；
传动装置控制器，所述传动装置控制器在正常操作模式下控制所述液压传动装置以调节所述液压泵和所述液压马达中的每个的移位，使得所述旋转轴以相对于所述可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于所述电网在所述发电装置的正常操作期间的频率，将所述同步发电机的转速保持在同步速度。
2.根据权利要求1所述的可再生能源型的发电装置，其中所述传动装置控制器包括：
目标扭矩确定单元，所述目标扭矩确定单元在所述正常操作模式下基于根据所述可再生能源的流速的所述旋转轴的最佳扭矩来确定所述液压泵的目标扭矩；
泵需量确定单元，所述泵需量确定单元在所述正常操作模式下从所述液压泵的所述目标扭矩来确定所述液压泵的移位的需量DP；以及
泵控制单元，所述泵控制单元调节所述液压泵在所述需量DP下的移位。
3.根据权利要求1所述的可再生能源型的发电装置，其中所述传动装置控制器包括：
马达目标功率确定单元，所述马达目标功率确定单元基于所述液压泵的目标输出功率POWERP来确定所述液压马达的目标输出功率POWERM；
马达需量确定单元，所述马达需量确定单元在所述正常操作模式下基于确定的目标输出功率POWERM来确定所述液压马达的移位的需量DM，使得所述同步发电机在所述同步速度下旋转；以及
马达控制单元，所述马达制单元调节所述液压马达在所述需量DM下的移位。
4.根据权利要求1所述的可再生能源型的发电装置，还包括：
端子电压检测器，所述端子电压检测器检测所述同步发电机的端子电压；
励磁机，所述励磁机对所述同步发电机的励磁绕组供应励磁电流；以及
励磁机控制器，所述励磁机控制器基于由所述端子电压检测器检测到的端子电压与用于所述端子电压的命令值之间的差来控制所述励磁机。
5.根据权利要求4所述的可再生能源型的发电装置，其中所述励磁机控制器控制所述励磁机，使得在所述同步发电机的所述端子电压由于在所述电网处或从所述同步发电机到所述电网的传输线处的故障事件而下降之后，所述励磁电流立即被增加。
6.根据权利要求5所述的可再生能源型的发电装置，其中在由所述励磁机增加所述励磁电流之后，所述励磁机控制器控制所述励磁机，使得当所述同步发电机的内相位角增加时所述励磁电流增加，并且当所述同步发电机的内相位角减小时所述励磁电流减小。
7.根据权利要求3所述的可再生能源型的发电装置，其中所述传动装置控制器在故障事件响应模式下控制所述液压传动装置以调节所述液压马达的移位，使得当所述同步发电机的端子电压由于在从所述电网到所述同步发电机的传输线处或在所述电网处的故障事件而下降时，所述同步发电机的负载扭矩与由所述液压马达输入到所述同步发电机的扭矩之间的差减小。
8.根据权利要求7所述的可再生能源型的发电装置，其中所述传动装置控制器包括：
马达需量确定单元，所述马达需量确定单元在所述故障事件响应模式下基于由所述同步发电机产生的电力来确定所述液压马达的移位的需量DM；以及
马达控制单元，所述马达控制单元调节所述液压马达在所述需量DM下的移位。
9.根据权利要求8所述的可再生能源型的发电装置，还包括：
桨距驱动机构，所述桨距驱动机构调节所述叶片的桨距角，
其中所述桨距驱动机构在所述电网或所述传输线处的所述故障事件期间朝顺桨位置改变所述叶片的所述桨距角。
10.根据权利要求9所述的可再生能源型的发电装置，其中在从所述故障事件恢复开始之后，所述桨距驱动机构朝精调位置改变所述叶片的所述桨距角，并且所述马达需量确定单元增加所述液压马达的移位的需量DM以增加由所述同步发电机所产生的电力。
11.根据权利要求5所述的可再生能源型的发电装置，其中所述故障事件是所述电网的电压下降到电网规范中规定的电压或更低的状况。
12.根据权利要求4所述的可再生能源型的发电装置，
其中所述励磁机控制器包含晶闸管，所述晶闸管使所述励磁机的定子磁场励磁，
其中所述励磁机是AC励磁机，所述AC励磁机包括由所述晶闸管励磁的所述定子磁场以及随所述同步发电机的轴旋转的转子电枢，DC励磁电流从所述转子电枢经由旋转整流器被供应至所述同步发电机的所述励磁绕组。
13.根据权利要求12所述的可再生能源型的发电装置，还包括：
辅助励磁机，所述辅助励磁机包含永磁发电机，所述永磁发电机与所述同步发电机一起被附接到公共轴，
其中所述励磁机控制器的所述晶闸管使用所述辅助励磁机作为电源并且使所述励磁机的所述定子磁场励磁。
14.根据权利要求1所述的可再生能源型的发电装置，其中所述发电装置是从作为所述可再生能源的风产生电力的风力发电机。
15.一种可再生能源型的发电装置的操作方法，所述可再生能源型的发电装置包括：旋转轴，所述旋转轴通过经由叶片接收到的可再生能源而旋转；液压传动装置，所述液压传动装置包括由所述旋转轴驱动的液压泵和由从所述液压泵供给的加压油驱动的液压马达；以及同步发电机，所述同步发电机由所述液压马达驱动以产生电力并且在无中间频率转换电路的情况下被联接到电网，产生的电力被供应至所述电网，所述操作方法包括如下步骤：
在正常操作模式下控制所述液压传动装置以调节所述液压泵和所述液压马达中的每个的移位，使得所述旋转轴以相对于所述可再生能源的流速是可变的转速旋转，同时基于所述电网在所述发电装置的正常操作期间的频率，将所述同步发电机的转速保持在同步速度。
16.根据权利要求15所述的可再生能源型的发电装置的操作方法，还包括如下步骤：
在所述同步发电机的端子电压由于在所述电网处或从所述同步发电机到所述电网的传输线处的故障事件而下降之后，立即增加被供应至所述同步发电机的励磁绕组的励磁电流。
17.根据权利要求15所述的可再生能源型的发电装置的操作方法，还包括如下步骤：
在故障事件响应模式下控制所述液压传动装置以调节所述液压马达的移位，使得当所述同步发电机的端子电压由于在从所述同步发电机到所述电网的传输线处或在所述电网处的故障事件而下降时，所述同步发电机的负载扭矩与由所述液压马达输入到所述同步发电机的扭矩之间的差减小。
CN2011800340597A 2010-11-30 2011-11-30 可再生能源型的发电装置及其操作方法 Pending CN102985686A (zh)

Applications Claiming Priority (23)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPPCT/JP2010/006982 2010-11-30
JPPCT/JP2010/006981 2010-11-30
PCT/JP2010/006981 WO2012073280A1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Hydraulic pump structure for wind turbine generator or tidal current generator and method of mounting hydraulic pump
JPPCT/JP2010/006979 2010-11-30
GBGB1020264.6A GB201020264D0 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Energy extraction device and operating method
GB1020263.8 2010-11-30
JPPCT/JP2010/006978 2010-11-30
PCT/JP2010/006979 WO2012073279A1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Wind turbine generator system and operation control method thereof
PCT/JP2010/006982 WO2012073281A1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Wind turbine generator or tidal current generator and operation method thereof
GB1020264.6 2010-11-30
GB1020263.8A GB2485987A (en) 2010-11-30 2010-11-30 Renewable energy extraction device tolerant of grid failures
PCT/JP2010/006977 WO2012073277A2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Wind turbine generator and tidal current generator
PCT/JP2010/006978 WO2012073278A1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Wind turbine generator
JPPCT/JP2010/006977 2010-11-30
JPPCT/JP2011/000920 2011-02-18
PCT/JP2011/000917 WO2012073389A1 (en) 2010-11-30 2011-02-18 Renewable energy extraction device such as a wind turbine with hydraulic transmission
JPPCT/JP2011/000917 2011-02-18
PCT/JP2011/000920 WO2012073390A1 (en) 2010-11-30 2011-02-18 Renewable energy extraction device such as wind turbine with hydraulic transmission
JPPCT/JP2011/003000 2011-05-30
JPPCT/JP2011/003005 2011-05-30
PCT/JP2011/003002 WO2011148653A2 (en) 2010-05-28 2011-05-30 Power generating apparatus of renewable energy type
JPPCT/JP2011/003002 2011-05-30
PCT/JP2011/006694 WO2012073504A2 (en) 2010-11-30 2011-11-30 Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102985686A true CN102985686A (zh) 2013-03-20

Family

ID=45401138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800340597A Pending CN102985686A (zh) 2010-11-30 2011-11-30 可再生能源型的发电装置及其操作方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130214537A1 (zh)
EP (1) EP2486274B1 (zh)
KR (1) KR20130031303A (zh)
CN (1) CN102985686A (zh)
WO (1) WO2012073504A2 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104836406A (zh) * 2015-05-25 2015-08-12 湖南零陵恒远发电设备有限公司 一种同步励磁机及其工作方法
CN104836405A (zh) * 2015-05-25 2015-08-12 湖南零陵恒远发电设备有限公司 一种无轴同步励磁机及其工作方法
CN110402527A (zh) * 2017-04-27 2019-11-01 韩国电力公社 根据暂态稳定状态控制ess的装置及其方法
CN112385136A (zh) * 2018-07-09 2021-02-19 日立三菱水力株式会社 可变速发电电动装置
RU2770526C1 (ru) * 2021-10-14 2022-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» Ветроэнергетическая установка
CN117404348A (zh) * 2023-12-15 2024-01-16 深圳三思纵横科技股份有限公司 一种试验机降低功耗方法及系统

Families Citing this family (30)

* 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
EP2365215B1 (en) * 2010-03-10 2012-12-12 Siemens Aktiengesellschaft Rotational speed control of a wind turbine based on rotor acceleration
CN102959239A (zh) * 2010-11-30 2013-03-06 三菱重工业株式会社 风轮发电机系统及其操作控制方法
EP2565442A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 Siemens Aktiengesellschaft System and method for operating a wind turbine using adaptive reference variables
US20130028729A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Jones Jack A Power generation systems and methods
KR101305004B1 (ko) * 2012-07-06 2013-09-05 삼성중공업 주식회사 전압/주파수 변환 시험 시스템
JP5988750B2 (ja) * 2012-07-30 2016-09-07 株式会社日立製作所 発電システム
CN102926940B (zh) * 2012-10-24 2015-03-04 江苏大学 利用液压传动的海上风力及洋流储能发电系统
WO2014082766A2 (de) * 2012-11-30 2014-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur verlängerung der fehlerklärungszeit
JP2014163376A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 油圧モータ、油圧モータの始動方法及び再生可能エネルギ発電装置
DE102013203263A1 (de) * 2013-02-27 2014-08-28 Skf Lubrication Systems Germany Ag Vorrichtung zur Schmierstoffzufuhr zu einer Schmierstelle in einer Maschine
JP6203649B2 (ja) 2014-01-24 2017-09-27 三菱重工業株式会社 油圧トランスミッション及び再生エネルギー型発電装置、並びにそれらの運転方法
JP6248017B2 (ja) * 2014-09-12 2017-12-13 三菱重工業株式会社 海流発電装置の起動方法及び起動制御装置
US20160149527A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Kohler Co. Alternator Rotor Controller
US10256758B2 (en) 2014-11-26 2019-04-09 Kohler Co. Printed circuit board based exciter
JP6362270B2 (ja) * 2015-02-03 2018-07-25 三菱重工業株式会社 発電制御装置、電力変換器制御装置、発電制御方法およびプログラム
US10860000B2 (en) * 2015-04-24 2020-12-08 Hitachi, Ltd. Power system stabilization system and method
JP6314112B2 (ja) 2015-06-08 2018-04-18 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置及びモータコントローラ並びに再生エネルギー型発電装置の運転方法
JP6358993B2 (ja) * 2015-09-11 2018-07-18 三菱重工業株式会社 風力発電装置および風力発電装置の併入方法
CN106870289B (zh) * 2017-03-28 2023-08-08 兰州理工大学 一种静液储能式液压传动型风力发电机组及控制方法
CN107171494B (zh) * 2017-06-15 2018-07-20 苏州达思灵新能源科技有限公司 一种压缩空气涡轮直流发电机系统
CN107681828B (zh) * 2017-10-25 2023-05-26 河北工业大学 一种双转子调速风力发电系统及其控制方法
DE102017011318A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-13 Senvion Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Belastungsdynamik einer Windenergieanlage
EP3674546B1 (en) * 2018-12-28 2022-07-13 Artemis Intelligent Power Limited Valve timing in electronically commutated hydraulic machine
ES2930007T3 (es) 2019-07-31 2022-12-05 Gen Electric Un procedimiento para operar una turbina eólica y de una turbina eólica que comprende un generador en caso de caída de tensión
US10975847B1 (en) * 2019-11-08 2021-04-13 General Electric Company System and method for farm-level control of transient power boost during frequency events
CN113027676B (zh) * 2019-12-25 2022-10-04 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的液压变桨控制方法和装置
CN113074087B (zh) * 2021-04-12 2022-06-03 南通理工学院 一种用于新能源混合动力船舶的风力发电装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0020207A1 (en) * 1979-05-25 1980-12-10 Charles Vincent Schachle Wind power generating system
WO2008113699A2 (de) * 2007-03-21 2008-09-25 Rle-International Gmbh Energieumwandlungsvorrichtung mit hydraulischem antrieb
GB2463647A (en) * 2008-09-17 2010-03-24 Chapdrive As Turbine speed stabilisation control system
WO2010085988A2 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Dewind, Inc. Wind turbine with lvrt capabilities

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4773850B2 (ja) 2006-03-08 2011-09-14 三菱重工業株式会社 風力発電システム、及び風力発電システムの非常用電力供給方法
US7709972B2 (en) 2007-08-30 2010-05-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine system for satisfying low-voltage ride through requirement
KR100947075B1 (ko) 2007-11-22 2010-03-10 주식회사 플라스포 계통 저전압 보상 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력발전기
KR101158702B1 (ko) 2007-12-14 2012-06-25 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 시스템 및 그 운전 제어 방법
US20100032959A1 (en) 2008-08-08 2010-02-11 General Electric Company Wind turbine system
CN101383580B (zh) 2008-10-22 2011-04-06 重庆大学 电网短路故障时的双馈感应风力发电机低电压穿越控制方法
EP2270331B1 (en) 2009-06-30 2020-03-04 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with control means to manage power during grid faults
CN101964533B (zh) 2010-09-03 2012-10-24 国电联合动力技术有限公司 一种双馈式风力发电机组低电压穿越变桨控制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0020207A1 (en) * 1979-05-25 1980-12-10 Charles Vincent Schachle Wind power generating system
WO2008113699A2 (de) * 2007-03-21 2008-09-25 Rle-International Gmbh Energieumwandlungsvorrichtung mit hydraulischem antrieb
GB2463647A (en) * 2008-09-17 2010-03-24 Chapdrive As Turbine speed stabilisation control system
WO2010085988A2 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Dewind, Inc. Wind turbine with lvrt capabilities

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104836406A (zh) * 2015-05-25 2015-08-12 湖南零陵恒远发电设备有限公司 一种同步励磁机及其工作方法
CN104836405A (zh) * 2015-05-25 2015-08-12 湖南零陵恒远发电设备有限公司 一种无轴同步励磁机及其工作方法
CN110402527A (zh) * 2017-04-27 2019-11-01 韩国电力公社 根据暂态稳定状态控制ess的装置及其方法
CN112385136A (zh) * 2018-07-09 2021-02-19 日立三菱水力株式会社 可变速发电电动装置
RU2770526C1 (ru) * 2021-10-14 2022-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» Ветроэнергетическая установка
CN117404348A (zh) * 2023-12-15 2024-01-16 深圳三思纵横科技股份有限公司 一种试验机降低功耗方法及系统
CN117404348B (zh) * 2023-12-15 2024-03-12 深圳三思纵横科技股份有限公司 一种试验机降低功耗方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012073504A2 (en) 2012-06-07
WO2012073504A3 (en) 2012-08-16
EP2486274A2 (en) 2012-08-15
US20130214537A1 (en) 2013-08-22
KR20130031303A (ko) 2013-03-28
EP2486274B1 (en) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102985686A (zh) 可再生能源型的发电装置及其操作方法
EP2585714B1 (en) Renewable energy extraction device such as wind turbine with hydraulic transmission
US20140070534A1 (en) Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof
EP2486273B1 (en) Renewable energy extraction device such as a wind turbine with hydraulic transmission
US20120104754A1 (en) Wind turbine with lvrt capabilities
AU2010238787B2 (en) Electrical energy generating installation driven at variable rotational speeds, with a constant output frequency, especially a wind power installation
JP5502189B2 (ja) 再生エネルギー型発電装置及びその運転方法
CN102104256A (zh) 用于操作风力涡轮机的方法和系统
CN101636899A (zh) 用于变速风轮机的高电压直流链路传输系统
CN102884313A (zh) 可再生能源类型的发电装置及其运行方法
EP2574201B1 (en) Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof
Jalali et al. Frequency regulation and AGC in isolated systems with DFIG-based wind turbines
CA2759439A1 (en) Electrical energy-generating installation driven at variable rotational speeds, with a constant output frequency, especially a wind power installation
EP2761171A1 (en) Fast run-back control including plant losses
JP5524409B2 (ja) 再生エネルギー型発電装置及びその運転方法
JP5583204B2 (ja) エネルギー抽出装置およびエネルギー抽出装置の運転方法
Akbari et al. An approach in torque control of hydraulic wind turbine powertrains
EP3112677B1 (en) Power generating apparatus of renewable-energy type, motor controller, and method of operating power generating apparatus of renewable-energy type
EP2923078B1 (en) System and method for extending the operating life of a wind turbine gear train based on energy storage
KR20200007872A (ko) 수력 발전 계통 연계 시스템
Stubkier et al. State of the art-hydraulic yaw systems for wind turbines
KR20130050310A (ko) 재생 에너지 타입 발전 장치 및 그의 동작 방법
Bagarty et al. Analysis and simulation of an optimally operated DOIG based stand alone VSCF generation system under converter current and machine speed constraints
WO2003048568A1 (en) Power transfer apparatus and methods
NO326734B1 (no) Et turbindrevet elektrisk kraftproduksjonssystem og en metode for a regulering dette

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130320