CN103052796A - 具有液压传动装置的诸如风轮机之类的可再生能量提取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可再生能量提取装置，如风轮发电机，包括驱动液压泵的涡轮机和驱动直接连接至电网的发电机的可变排量液压马达。液压马达采用电控阀，电控阀被操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择液压马达的工作腔的净排量。在引起发电机的最大可吸收转矩暴跌的电网故障的情况中，电控阀被控制为基本上降低由液压马达移动的工作流体的置换率，快速地减小施加在发电机转子上的转矩。这具有避免否则引起严重的损坏的磁极滑动的益处。在该故障期间，控制由液压马达移动的工作流体的置换率，以维持发电机转子的相位和旋转频率与电网同步，使得一旦纠正电网故障，电力产生就可以快速地恢复。由液压泵移动的多余的工作流体储存在收集器中。当已经储存最大量时，通过节流阀排放加压流体，以避免损坏但维持液压传动装置内的压力，以便在纠正电网故障时可以快速地恢复电力产生。如果故障继续，则使涡轮机叶片周期地变距，以减小能量输入，并且如果故障继续存在另一个时间周期，则能量提取装置关机。

Description

具有液压传动装置的诸如风轮机之类的可再生能量提取装置

技术领域

本发明涉及用于从波动式可再生能源提取能量的能量提取装置，如用于从风中提取能量的风轮机，其包括液压传动装置和由液压马达驱动的发电机。

背景技术

风轮机以及用于从可再生能源产生电力的其它能量提取装置采用提取的能量使连接至发电机转子的原动机转动。来自发电机的能量被引向电力吸收装置，通常是包括一个或多个电力负载的交流(AC)电网。

虽然本发明涉及用于驱动不同类型范围的能量提取装置，但将参照同步发电机的示例说明本发明关注的问题。同步发电机的转子严格地以其连接至的电网的频率旋转。例如，对于四极发电机和50Hz电网，转子将以1500rpm的速度旋转。由原动机施加在发电机转子上的转矩引起功角(转子和来自定子绕组的旋转磁场之间的相角)增加，直到磁矩等于原动机转矩。对于固定端电压和励磁电流，功角和转矩之间的关系为近似正弦的。发电机转矩与通过发电机转子励磁电路的励磁电流和端电压成比例。旋转磁场的强度限定发电机的最大可吸收转矩。如果转矩将增加到大于最大转矩值(以90度功角)，则发电机将发生磁极滑动。这是必须避免的明显的且有破坏性的事件。

电网例如由于雷击、由大风引起的高压电线铁塔倒塌、误差或故障电流而偶尔出现故障。在多种情况中，当故障出现时，端电压会降低至零，或接近零，但电流明显地增加。

这为发电机提出了实质问题。当这种情况出现时，转矩抗力非常快地，例如，在数毫秒内，下降。当转子保持由原动机驱动时，转子将快速地加速超过同步速度，并且磁极滑动会非常快地发生。大多数原动机不能快速地改变它们施加的转矩。所产生的瞬间作用力足够猛烈而对发电机或原动机和发电机转子之间的机械连接造成严重的损坏风险。

因而，本发明旨在提供一种能量提取装置，其在发电机的最大可吸收转矩由于故障快速地降低时减少或避免损坏风险。

当电网恢复时会出现另一个问题。在这种情况中，功角最初可以不是最佳的，假设由原动机施加至转子的转矩，和/或转子的旋转频率可以不同于电网的频率。再一次，猛烈的瞬间作用力或电流可能起作用，导致严重的损坏风险。在电网中的故障保持更长时间的情况下，这个问题变为更大的风险。因此，当故障已经发生时，由断路器将大多数现有装置从电网上断开，并且在可以重新连接它们之前，必须执行与电网的重新同步和频率匹配的长期过程。电网因此在重新同步和频率匹配期间将面临电力短缺，这在一些极端情况中引起电网故障而不能从这种故障中恢复。

而且，本发明的一些实施例旨在提供一种能量提取装置，其在故障期间能够保持连接至电网，并且在电网恢复时快速地恢复电力的产生。

作为这些问题的结果，常见的是将发电机电枢直接连接至电网。代替的是，通过能够在短的时间周期内缓存所产生的电力的、诸如整流器和反相器之类的附加元件连接发电机。然而，这些方案是昂贵的并且降低整体可靠性。

因而，本发明的一些实施例旨在提供一种能量提取装置，如风轮机，其中电枢可以直接连接至电网。根据直接连接，我们包括通过将来自能量提取的电力发送至所述装置的开关和断路器的连接，但排除通过整流器和反相器的连接。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种操作能量提取装置的方法，该能量提取装置用于从来自可再生能源的能流中提取能量，该能量提取装装置包括：涡轮机和发电机和液压传动装置，液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵和驱动发电机的可变排量液压马达，可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、以及调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀，与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀与工作腔容积的循环成定相关系地可操作，以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由各个工作腔移动的工作流体的净容积，该方法的特征在于，通过考虑与发电机的最大可吸收转矩相关的至少一个测量值，在工作腔容积的每个连续循环期间选择性地操作电控阀来控制液压马达的置换率，并且从而控制由液压马达产生的转矩。

根据发电机的最大可吸收转矩，我们涉及在其之上发电机可以遭受磁极滑动的最大持续不变转矩。置换率是指从高压歧管到低压歧管的置换率。通过采用具有可以在工作腔容积的每个循环期间选择的排量的液压马达驱动发电机，并且在操作电控阀时考虑与发电机的最大可吸收转矩相关的至少一个测量值，在发电机的最大可吸收转矩快速地减小的情况中可以快速地减小由液压马达产生的转矩，实际上比采用任何其它类型的可变排量液压马达快得多。同样，可以比在实践可以由液压马达降低从高压歧管接收的压力快得多地减小由液压马达产生的转矩。

可能的是，电控阀被选择性地操作以控制液压马达的置换率并且因此控制由液压马达产生的转矩，使得由液压马达产生的转矩不超过最大可吸收转矩。

本发明因此避免对发动机的严重损坏，这种严重损坏会在发电机的最大可吸收转矩通常由于故障而突然降低时出现。

能量提取装置优选具有故障响应工作模式，在该故障响应工作模式中，响应于检测到减小发电机的最大可吸收转矩的故障，电控阀被选择性地操作，以降低液压马达的置换率并且因此减小由液压马达产生的转矩。

在故障响应工作模式中，电控阀被选择性地操作以确保由液压马达产生的转矩不超过发电机的最大可吸收转矩。典型地，在故障响应工作模式中，电控阀被操作以基本上降低液压马达的置换率，例如，使得置换率比否则将发生的置换率每单位时间小25％。

可能的是，在至少一些情况中，当能量提取装置处于故障响应工作模式时，以控制液压马达的置换率，从而相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

电网和发电机在使用电连接(通常通过断路器，且经常通过变压器)。在发电机连接至其上的电网存在具有发电机转子否则将快速地或逐渐地变为与电网的相位和频率不同的影响的故障的情况中，相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位是有用的。可以采用在发电机转子的旋转频率和相位以及电网的目标频率和相位工作的反馈回路控制液压马达的置换率。当发电机的最大可吸收转矩太低而不能指示发电机转子的相位和频率时，可以以这种方式控制液压马达的置换率。为了恰当地调节相位，该方法可以包括确定发电机转子的相位，当将恢复电网时，该相位将最小化在恢复电网时将作用在发电机转子上的瞬间作用力。可以设置估计器，以在纠正所述故障时估计将电力传输到其上的电网的相位。发电机优选地包括定子和机械连接至液压马达的转子。发电机可以为同步发电机。然而，本发明的主要目标是继续保持发电机与通常为(国家或局部)电网的交流网络的同步。

故障响应工作模式可以由最大可吸收转矩或与最大可吸收转矩相关的满足一个或多个故障检测标准的参数触发。故障检测标准可以包括最大可吸收转矩，或与最大可吸收转矩相关的降低为低于阈值的参数。例如可以根据励磁电路的电位差和发电机的励磁电流计算发电机的最大可吸收转矩。可以在不计算最大可吸收转矩的情况下检测最大可吸收转矩的减小。例如，例如通过检测到发电机的励磁电路上的电位差已经降低为低于阈值而可以检测最大可吸收转矩的减小。根据发电机的功角或功率因素的测量到的变化，或功角或功率因素的变化率，例如考虑针对给定端电压和励磁电流的变化，可以确定最大可吸收转矩减小，功角和转矩之间的关系是正弦的(最大可吸收转矩为90度功角处的转矩)。

因此，与最大可吸收转矩相关的至少一个测量值可以包括下述测量值中的一个或多个：发电机的端电压、发电机的励磁电流、发电机的功角或功率因素、或作用在液压马达上或作用在将液压马达连接至发电机转子的轴上的转矩。液压马达通常包括角位置传感器，并且可以根据角位置的变化率和由液压马达移动的工作流体的排量确定作用在液压马达上的转矩。

通过测量发电机和电网之间的相位或频率差并控制由液压马达移动的工作流体的置换率以向着目标相位或频率差(通常为零)调节所述相位或频率差，电控阀可以被选择性地操作以控制所述置换率，从而相对于电网(在正常操作中发电机连接至该电网)的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

在故障响应工作模式中，该方法可以包括下述步骤：读取表示在故障响应工作模式中使发电机转子和液压马达转动所需要的转矩的一个或多个存储值，并响应于所述一个或多个存储值选择性地操作电控阀以控制由液压马达移动的工作流体的置换率。

典型地，每个工作腔具有调节对应的工作腔和高压歧管之间的流体的流量的高压阀，每个高压阀的打开频率至少部分地决定由对应的工作腔移动的工作流体的净排量。

可能的是，所述电控阀包括所述高压阀。每个工作腔可以包括调节对应的工作腔和低压歧管之间的工作流体的流量的低压阀。高压阀通常是主动受控的。低压阀通常是主动受控的。根据主动受控，我们包括主动打开、主动关闭、抵抗压力差或流体流量的主动保持打开、或抵抗压力差的主动保持关闭中的一种或多种。典型地，主动受控阀也可以被动地打开或关闭，但在需要时可以选择性地主动打开、主动关闭、主动保持打开和/或主动保持关闭。

典型地，电控阀的用于确定由工作腔移动的工作流体的净排量的操作包括在工作腔的排气冲程(工作腔容积的每个循环包括其中容积减小的排气冲程和其中容积增加的进气冲程)结束之前主动关闭与工作腔相关的低压阀(简言之，例如小于45度，并且有效地小于25度)，从而在工作腔继续收缩时增加工作腔和低压歧管中的工作流体的压力。

在故障响应工作模式中，高压阀打开的频率比刚进入故障响应工作模式之前高压阀打开的频率小。

可能的是，高压阀在故障响应工作模式中打开的频率比在正常工作模式小，在正常工作模式中，机器将运转，如果还未检测到故障。

高压阀在故障响应工作模式中打开的频率通常小于在刚进入故障响应工作模式之前，或者在正常工作模式中，当机器正以最大额定功率输出运行时，它们打开的频率的10％，或小于2％。(在非常低的能量输出处，频率的成比例降低可以较小)。

液压传动装置通过包括将工作流体从液压泵引向液压马达的高压传输歧管。典型地，高压传输歧管从液压泵的出口延伸至液压马达的高压歧管。因此，液压马达的高压歧管中的压力通常非常类似于高压传输歧管中的压力。该方法优选还包括测量高压传输歧管或液压马达的高压歧管中的压力，并在工作腔容积的每个循环期间响应于测量的压力控制电控阀。

根据高压和低压歧管以及高压和低压传输歧管，我们涉及歧管的相对压力。低压歧管和低压传输歧管通常被加压至大体上比高压歧管和高压传输歧管低的压力。典型地，液压泵的高压歧管和液压马达的高压歧管与高压传输歧管流体连通。典型地，液压泵的低压歧管和液压马达的低压歧管与能量提取装置的低压歧管流体连通。

在至少一些情况中，响应于发电机的最大可吸收转矩的变化，独立于由涡轮机施加的转矩，改变液压马达的置换率。

例如，液压马达的置换率优选是至少最初在能量提取装置在故障响应工作模式中运行时，能够响应于发电机的最大可吸收转矩的变化，独立于由液压泵施加在涡轮机上的转矩而变化。因此，与需要等待从涡轮机接收的能量减少以减小由液压马达产生的转矩的情况相比，可以更加快速地减小由液压马达产生的转矩。这还可以便于短的故障期间能量的继续产生，最大化能量提取效率，并且确保可以在纠正所述故障时可以将能量快速地传递至能量网(通常包括一个或多个电力负载)。它还减小由液压泵施加至涡轮机的转矩的变化率，并且因此减小对涡轮机叶片的冲击。

液压泵优选地为可变排量液压泵。这便于独立于流体排量调节涡轮机的叶片上的转矩。液压泵优选地包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，并且其中该方法包括与工作腔容积的循环成定相关系地主动地控制所述电控阀，以在工作腔容积的每个连续循环期间选择净流体排量。

液压传动装置可以包括将工作流体从液压泵引向液压马达的高压传输歧管并且还包括至少一个可替换流体端口，其中，当响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小而降低由液压马达移动的工作流体的排量时，代替的是通过至少一个所述可替换流体端口引导工作流体。

优选地，能量提取装置在正常工作模式中运转为使得由液压泵和液压马达移动的工作流体的平均置换率相同，但至少最初在故障响应工作模式中运转为使得由液压马达移动的工作流体的置换率小于由液压泵移动的工作流体的置换率。

本发明在独立的第二方面还扩展至一种操作能量提取装置的方法，该能量提取装置用于从来自可再生能源的能流中提取能量，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵、可变排量液压马达和高压传输歧管，高压传输歧管从液压泵延伸至可变排量液压马达并包括至少一个可替换流体端口，该方法的特征在于，响应于检测到已经发生导致发电机的最大可吸收转矩减小的故障，通过降低由液压马达移动的工作流体的置换率，使得来自液压泵的否则将被工作液压马达移动的工作流体代替的是被移动至至少一个所述可替换流体端口。

可能的是，液压传动装置包括高压传输歧管，并且其中至少一个所述可替换流体端口为将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。

工作流体储存装置优选地包括一个或多个可增压容器，例如，一个或多个油气收集器。通过一个或多个电控阀可以将所述一个或多个可增压容器置于与高压传输歧管流体连通或不连通。

可能的是，至少一个所述可替换流体端口与减压阀流体连通，减压阀是选择性可操作的以排放来自高压传输歧管的流体。

典型地，减压阀被操作为通过节流阀选择性地排放来自高压传输歧管的流体，或者在通过它选择性地排放流体时用作节流阀。优选地，减压阀可操作以选择性地将流体排放至低压歧管或贮存器(典型地通过所述节流阀或用作所述节流阀)。优选地，减压阀为压力操作式减压阀，其可操作以在高压传输歧管中的压力超过固定或可选择压力阈值时排放流体。虽然排放已经由液压泵加压的流体等同于浪费能量，但引起发电机的最大可吸收转矩的明显减小的事件很少发生，并且在这些很少发生的场合能量损失是可接受的。优选地，该方法包括操作减压阀以仅在还满足一个或多个附加条件时排放流体，例如，在发电机的最大可吸收转矩在一时间周期内保持为低时，或者在高压歧管中的压力超过阈值时，或者在所述一个或多个工作流体储存装置的剩余可用容量低于阈值时。优选地，在将流体引向工作流体储存装置时高压传输歧管压力升高，并且在工作流体储存装置装满或高压传输歧管中的压力超过固定或可选择压力阈值时操作压力操作式减压阀。因此，减压阀可以设置为仅在检测到发电机的最大可吸收转矩减小之后一时间周期后才采用的备用设备。优选地，当从高压传输歧管排放工作流体时，以被选择为将高压传输歧管内的压力维持为高于阈值压力(其通常接近或等于最大额定工作压力)的速率排放流体。这使得在纠正故障时能够迅速地重启电力产生，同时排放工作流体，并且至少针对持续相对短的时间的故障，避免能量提取装置的关机。

可能的是，涡轮机为可变间距涡轮机，并且响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小而改变涡轮机叶片的间距。可能的是，如果最大可吸收转矩保持为低(例如，如果与发电机的最大可吸收转矩相关的一个或多个测量值指示最大可吸收转矩低于阈值)，响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小，不是立即改变涡轮机叶片的间距，而是在一时间周期之后改变涡轮机叶片的间距，从而减少涡轮机的能量吸收。

因此，如果存在引起发电机的最大可吸收转矩减小的、持续时间相对短的故障，则能量提取装置能够继续运转而不损害能量吸收。该时间周期可以是固定的或可变的。可以仅在满足一个或多个标准时改变涡轮机叶片的间距以减少涡轮机的能量吸收。从而该方法包括操作加压阀，该方法可以包括监测能量提取装置内的工作流体的温度。通过节流阀排放工作流体将引起该装置内的工作流体快速升温，并且该方法优选地包括在工作流体的温度已经达到阈值，或者在工作流体的温度的预测值(该预测值基于至其的净能量输入)已经达到阈值时，改变涡轮机叶片的间距。

典型地，来自发电机的输出与电网直接电连通。本发明使得能够在不需要例如中间整流器和反相器的情况下(典型地通过断路器)将来自发电机的输出置于与电网直接电连通。这增加了整体发电效率。

该方法可以包括下述步骤：测量发电机或发电机连接到其上的电网的一个或多个特性，并在主动控制所述一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。

根据本发明的第三方面，提供了一种操作与包括转子的发电机驱动接合的液压马达的方法，液压马达包括循环地改变容积的多个工作腔、将液压马达连接至其旋转与工作腔容积的循环联动的发电机转子的轴、低压歧管和高压歧管、用于调节低压歧管和每个工作腔之间的连通的多个低压阀、用于调节高压歧管和每个工作腔之间的连通的多个高压阀、以及主动控制一个或多个所述阀以逐个循环地确定由每个工作腔移动的流体的净排量的控制器，该方法的特征在于，接收与发电机或发电机连接至其上的电网的特性相关的一个或多个信号，并且在当主动控制所述一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。

与发电机的特性相关的一个或多个所述信号可以为与发电机的最大可吸收转矩相关的信号。该信号可以为发电机的励磁电流的测量值。该信号可以为发电机的励磁电路上的电位差的测量值。一个或多个所述信号可以涉及正由发电机产生的电力的特性。在电力吸收装置为电网的情况中，所述信号可以包括电网的相位。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于从来自可再生能源的能流中提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵和驱动发电机的可变排量液压马达，可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀与工作腔容积的循环成定相关系地选择性地可操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由对应的工作腔移动的工作流体的净容积，其特征在于，该能量提取装置包括至少一个测量装置和控制器，所述至少一个测量装置被配置为进行与发电机的最大可吸收转矩相关的测量，控制器被配置为控制液压马达的置换率，并且从而考虑由所述至少一个测量装置进行的至少一次测量而控制由液压马达产生的转矩。

能量提取装置可以为风轮发电机。能量提取装置可以为用于从流动液体中产生电力的涡轮机发电机，例如，潮汐涡轮机发电机。

控制器通过控制电控阀的选择性操作控制液压马达的置换率，并且从而控制由液压马达产生的转矩。控制器可以产生主动控制电控阀的阀控制信号。控制器可以产生一信号，如指令信号，响应于此，通常与液压马达成一体的另一个控制器产生阀控制信号。控制器可以是分布式的，例如，它可以包括控制包括液压马达的多个部件的系统控制器和通常与液压马达成一体的用于控制液压马达的机器控制器。在这种情况中，控制器的一些功能可以由系统控制器执行，一些功能可以由机器控制器执行。

典型地，控制器控制液压马达的置换率，并且因此控制由液压马达产生的转矩，使得由液压马达产生的转矩不超过最大可吸收转矩。

能量提取装置优选地具有故障响应工作模式，在该故障响应工作模式中，响应于检测到减小发电机的最大可吸收转矩的故障，控制器降低液压马达的置换率并且因此减小由液压马达产生的转矩。在故障响应工作模式中，控制器确保由液压马达产生的转矩不超过发电机的最大可吸收转矩。典型地，控制器在故障响应工作模式中明显地降低液压马达的置换率，例如，使得置换率小于否则将出现的置换率的25％每单位时间。

控制器可以被配置为响应于检测到最大可吸收转矩或与最大可吸收转矩相关的参数满足一个或多个故障检测标准进入故障响应工作模式。控制器可以被配置为根据由电压表和电流表测量的励磁电路的电位差和发电机的励磁电流确定与发电机的最大可吸收转矩相关的参数。控制器不需要计算最大可吸收转矩来检测最大可吸收转矩的减小。

能量提取装置可以包括下述传感器中的一个或多个：用于测量励磁电路上的电位差的传感器；用于发电机的励磁电流的测量传感器；用于测量发电机的功角或功率因素的传感器；用于测量作用在液压马达上或作用在将液压马达连接至发电机转子的轴上的转矩的传感器；角位置传感器，用于测量液压马达的轴、或从液压马达延伸至发电机转子的驱动轴、或转子的角位置。控制器可以接收来自所述一个或多个传感器的数据并在确定流体工作马达的置换率时考虑该数据。

可能的是，控制器被配置为在其中能量提取装置处于故障响应工作模式的至少一些情况中，控制液压马达的置换率，从而相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

控制器可以被配置为采用在发电机转子的旋转频率和相位以及电网的目标频率和相位工作的反馈回路控制液压马达的置换率。控制器可以响应于检测到发电机的最大可吸收转矩太低而不能指示发电机转子的相位和频率而以这种方式控制液压马达的置换率。为了适当地调节相位，控制器可以确定或接收与发电机转子的相位相关的数据，当将恢复电网时，该相位将最小化在恢复电网时将作用在发电机转子上的瞬间作用力。

能量提取装置可以包括用于测量发电机在正常操作中连接至其上的电网的相位和频率的一个或多个传感器，或用于接收与发电机在正常操作中连接至其上的电网的相位和频率的一个或多个输入装置。能量提取装置可以包括用于确定发电机在正常操作中连接至其上的电网的估计相位和频率的估计模块(其可以为由控制器执行的计算机软件模块)。能量提取装置可以包括被配置为确定目标相位和频率的目标计算模块(其可以为由控制器执行的计算机软件模块)。控制器可以被配置为相对于电网的测量或目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。能量提取装置可以包括存储器，该存储器存储表示使发电机转子和液压马达在故障响应工作模式中转动所需要的转矩的一个或多个存储值，并且控制器可以被配置为从存储器中读取所述存储值以相对于测量或目标频率和相位调节发电机转子的频率和相位。

典型地，每个工作腔具有调节对应的工作腔和高压歧管之间的流体的流量的高压阀，每个高压阀的打开频率至少部分地决定由对应的工作腔移动的工作流体的净排量。可能的是，所述电控阀包括所述高压阀。每个工作腔可以包括调节对应的工作腔和低压歧管之间的工作流体的流量的低压阀。高压阀通常是主动受控的。低压阀通常是主动受控的。

控制器可以被配置为使所述高压阀在控制器进入故障响应工作模式时打开的频率比刚进入故障响应工作模式之前打开的频率小。控制器可以被配置为使所述高压阀在控制器进入故障响应工作模式时打开的频率比刚进入故障响应工作模式之前打开的频率小。

能量提取装置通常包括压力传感器，该压力传感器被配置为测量液压马达的高压传输歧管或高压歧管中的压力，并且控制器通常被配置为在控制液压马达的排量(以及通常还控制液压泵的排量)时考虑测量压力。收集器还可以包括压力传感器，并且控制器也可以考虑收集器中的工作流体的测量压力。

涡轮机可以为可变间距涡轮机(即，具有可变间距叶片的涡轮机)。能量提取装置通常包括用于调节涡轮机叶片的间距的间距控制器。间距控制器通常在控制器的控制下。控制器可以被配置为在至少一些情况中独立于由涡轮机施加的转矩改变液压马达的置换率。

液压泵优选地为可变排量液压泵，并且通常包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管和低压歧管、用于调节每个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀与工作腔容积的循环成定相关系地选择性地可操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由对应的工作腔移动的工作流体的净容积，从而控制由液压泵移动的工作流体的净排量。

液压传动装置可以包括将工作流体从液压泵引向液压马达的高压传输歧管。高压歧管还可以包括至少一个可替换流体端口，所述至少一个可替换流体端口用于在由液压马达移动的工作流体的排量降低时响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小接收工作流体。

因此，本发明在独立的第五方面还扩展至一种用于从来自可再生能源的能流提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵、驱动发电机的可变排量液压马达和高压传输歧管，高压传输歧管从液压泵延伸至可变排量液压马达并包括至少一个可替换流体端口，可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀与工作腔容积的循环成定相关系地选择性地可操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由对应的工作腔移动的工作流体的净容积，其特征在于，该能量提取装置包括控制器，控制器被配置为控制液压马达的置换率，并且从而减小由液压马达产生的转矩，因而响应于检测到已经发生导致发电机的最大可吸收转矩减小的故障使否则将由液压马达移动的工作流体代替地被移动通过至少一个所述可替换流体端口。

至少一个所述可替换流体端口可以包括将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。工作流体储存装置优选地包括一个或多个可增压容器，例如，一个或多个油气收集器。所述一个或多个可增压容器可以通过一个或多个电控阀选择性地连接至高压传输歧管。

可能的是，至少一个所述可替换流体端口与包括减压阀的排放路径流体连通，该减压阀被配置为通过所述排放路径选择性地排放来自高压传输歧管的流体。节流阀可以与加压阀成一体。排放路径可以从高压传输歧管延伸至低压歧管或贮存器。减压阀可以为压力操作式减压阀，该压力操作式减压阀可操作以在高压传输歧管中的压力超过固定或可选择压力阈值时排放流体。控制器可以被配置为操作减压阀以仅在还满足一个或多个附加条件时选择性地排放流体，例如，在发电机的最大可吸收转矩在一时间周期内保持为低时，或者在高压歧管中的压力超过阈值时，或者在所述一个或多个工作流体储存装置的剩余可用容量低于阈值时。

排放路径(并且通常地节流阀)可以被配置为以被选择为将高压传输歧管内的压力维持为高于阈值压力(其通常接近或等于最大额定工作压力)的速率选择性地排放来自高压歧管的工作流体。

在能量提取装置包括用于在控制器的控制下调节涡轮机叶片的间距的间距控制器的情况中，控制器可以被配置为响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化而改变涡轮机叶片的间距。可能的是，控制器被配置为在最大可吸收转矩保持为低时，响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化，不是立即改变涡轮机叶片的间距，而是在一时间周期之后改变涡轮机叶片的间距，从而减少涡轮机的能量吸收。该时间周期可以是固定的或可变的。可以仅在满足一个或多个标准时改变涡轮机叶片的间距以减少涡轮机的能量吸收。能量提取装置可以包括用于测量能量提取装置内的工作流体的温度的温度传感器，并且控制器在确定何时改变涡轮机叶片的间距时考虑测量的温度。

典型地，来自发电机的输出与电网直接电连通。本发明使得能够在不需要例如中间整流器和反相器的情况下(典型地通过断路器)将来自发电机的输出置于与电网直接电连通。

根据本发明的第六方面，提供了一种与包括转子的发电机驱动接合的液压马达，液压马达包括循环地改变容积的多个工作腔、将液压马达连接至其旋转与工作腔容积的循环联动的发电机转子的轴、低压歧管和高压歧管、用于调节低压歧管和每个工作腔之间的连通的多个低压阀、用于调节高压歧管和每个工作腔之间的连通的多个高压阀、以及被配置为主动控制一个或多个所述阀以逐个循环地确定由每个工作腔移动的流体的净排量的控制器，其特征在于，该液压马达包括输入装置，该输入装置用于接收与发电机或该发电机连接至其上的电网的特性相关的一个或多个信号，并且控制器被配置为在主动控制一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。在上文联系本发明的第三方面提出了所述信号的可选特征。

上文联系本发明的第一至第六方面中的任一方面描述的可选特征是本发明的第一至第六方面中的每一方面的可选特征。

根据本发明的第七方面，提供了了包括程序代码的计算机软件，当在能量提取装置控制器执行该程序代码时，该程序代码引起能量提取装置执行本发明的前三个方面中的任一方面所述的方法，或者引起能量提取装置用作根据本发明的第四至第六方面中任一方面所述的能量提取装置。本发明还扩展至其上或其中具有根据本发明的第七方面的计算机软件的计算机可读介质。

附图说明

图1为根据本发明的风轮机的示意图；

图2为液压马达的示意图；

图3为故障响应程序的多个阶段的流程图。

图4为发电机(V)之间的端电压、液压马达的流量(Fd-m)、液压泵的流量(Fd-p)和图1的风轮发电机的系统压力(P)随着时间在从短持续故障之前不久到短持续故障之后的数秒内的关系图；

图5为相同的参数从中等持续故障之前不久到中等持续故障之后的曲线图；以及

图6为相同的参数从长持续故障之前不久到长持续故障之后的曲线图。

具体实施方式

参照图1，风轮发电机1包括可变间距涡轮机2和同步发电机4。发电机通过同步断路器8连接至三相电网6(通常以50Hz或60Hz运行)。该连接有效地为直接连接，没有明显的缓存容量。

来自涡轮机的风能通过液压传动装置传递至发电机。液压传动装置包括通过驱动轴12可驱动地连接至涡轮机的可变排量液压泵10、通过另一个驱动轴16连接至发电机的转子的可变排量液压马达14。下文参照图2讨论可变排量液压泵和马达的进一步细节。

加压流体歧管18(用作高压传输歧管)从液压泵的出口延伸至液压马达的入口。在一些实施例中，它连接至并联的多个液压马达的入口，每个液压马达可以独立地驱动单独的发电机。通过电受控电磁调节阀22，加压流体歧管还通过端口19与油气收集器20连通，油气收集器20用作用于工作流体的贮存器，电受控电磁调节阀22可操作以将加压流体歧管与油气收集器选择性地隔离。油气收集器预填充有高压惰性气体(通常至少100巴)，其它加压惰性气体也可以被保持在与其流体连接的气瓶中。加压流体歧管还通过另一个端口23与减压阀24连通，减压阀24选择性地可操作以将流体从加压流体歧管排放至低压歧管26。减压阀被节流以在使用期间避免工作流体从加压流体歧管到低压歧管的爆发性排放。低压歧管还延伸至用于液压工作流体的贮存罐或低压收集器28，并在使用时用来将工作流体从液压马达的出口引导至液压泵的入口。

系统控制器30包括执行存储的程序代码的处理器。系统控制器将控制信号发送至液压泵、液压马达、同步断路器、电磁调节阀和涡轮机叶片螺距致动器32。系统控制器接收输入信号，输入信号包括由位置传感器34测量的涡轮机的角位置的测量值，由位置传感器36测量的发电机驱动轴的角位置的测量值，由电压和电流传感器38测量的与电网的电压、电流和相位相关的电测量值，采用压力传感器40获得为加压流体歧管中的压力的系统压力的测量值，以及采用另一个压力传感器42获得的收集器内的压力的测量值。还采用温度传感器44测量液压传动装置中的工作流体的温度并将该温度发送至系统控制器。

发电机的励磁电流由自动稳压器46控制，自动稳压器46接收来自功率因子校正模块48的信号，功率因子校正模块48又接收由电压和电流传感器50测量的与发电机的输出相关的电测量值。由自动稳压器确定的励磁电流的测量值，以及由发电机的输出的测量值，如相位、电压和电流，还被传送至系统控制器并由系统控制器考虑。

液压泵和液压马达为液压机器，该液压机器包括循环地改变容积的多个工作腔，其中可以在工作腔容积的每个循环上选择由每个工作腔移动的流体的体积。图2为这种类型的液压机器100的示意图。通过电控阀的与工作腔容积的循环成定相关系的主动控制，确定净流体通过量，以调节该机器的单个工作腔和流体歧管之间的流体连通。单个工作腔能够由机器控制器逐个循环地选择，从而移动可选择体积的流体，或者经历没有流体净排量的空转循环，由此酌情使得泵或马达的净通过量与需求动态地匹配。

单个工作腔102具有由气缸104的内表面和活塞106限定的容积，活塞106被曲柄机构109从曲轴108开始驱动，并且在气缸内往复运动以循环地改变工作腔的容积。轴位置和速度传感器110确定所述轴的瞬时角位置和旋转速度，并将轴位置和速度信号传递至机器控制器112，这使得控制器能够确定每个单独的工作腔的循环的瞬时相位。机器控制器通常包括在使用中执行存储的程序的处理器，如微控制器。

工作腔包括电可控端面密封提升阀114形式的主动受控低压阀，电可控端面密封提升阀114向内向着工作腔朝向并且可操作以选择性地关闭从工作腔延伸至低压歧管116的通道，低压歧管116分别通过液压泵的入口或出口与主低压歧管连通。工作腔还包括高压阀118。高压阀从工作腔朝向外，并且可操作以关闭从工作腔延伸至高压歧管120的通道，高压歧管120分别通过流体泵的出口或入口与加压流体歧管连通。

至少低压阀是主动受控的，以便控制器可以在工作腔容积的每次循环期间选择低压阀是否是主动关闭的，或者在一些实施例中，是否是主动保持打开的。在一些实施例中，高压阀是主动受控的，并且在一些实施例中，高压阀是被动受控阀，例如，压力传递止回阀。

液压泵和液压马达可以分别仅执行泵送或运转循环。然而，任一个或两个装置都可以为可以以交替工作模式运行为泵或马达且由此可以执行泵送或运转循环的泵-马达。

在EP0361927中描述了如在使用中能够由液压泵执行的完整泵送循环。在工作腔的膨胀冲程期间，低压阀打开，从低压歧管接收液压流体。在下死点处或附近，控制器确定低压阀是否应当关闭。如果低压阀关闭，则工作腔内的工作流体被加压并在工作腔容积的后续收缩相位期间被排放至高压阀，从泵送循环发生，并且将流体容积移动至高压歧管。低压阀随后在上死点处或上死点之后不久再次打开。如果低压阀保持打开，则工作腔内工作流体被回送至低压歧管并且空转循环发生，其中没有至高压歧管的净排量流体。

在一些实施例中，低压阀将被偏压打开，并且在选择泵送循环时将需要由控制器主动关闭。在其它实施例中，低压阀将被偏压关闭，并且在选择空转循环时将需要由控制器主动保持打开。高压阀可以为主动受控的，或者可以为被动打开的止回阀。

在EP0494236中描述了如由液压马达执行的完整冲程运转循环。在收缩冲程期间，流体通过低压阀排放至低压歧管。可以由控制器选择空转循环，在该情况中低压阀保持打开。然而，如果选择完整冲程运转循环，则低压阀在排气冲程快结束时(即，在上死点之前不久)关闭，引起压力随着工作腔继续减小体积而在工作腔内积累。一旦已经积累足够的压力，则可以打开高压阀(通常刚刚在上死点之后)，并且流体从高压歧管流入工作腔。在下死点之前不久，高压阀为主动关闭的，一旦工作腔内的压力降低，使得低压阀能够在下死点附近或之后不久打开。

在一些实施例中，低压阀将被偏压打开，并且在选择运转循环时将需要由控制器主动关闭。在其它实施例中，低压阀将被偏压关闭，并且在选择运转循环时将需要由控制器主动保持打开。低压阀通常被动地打开，它可以在主动控制下打开，以使得能够认真地控制打开的定时。因此，低压阀可以主动打开，或者在它已经主动保持打开时，这种主动保持打开可以停止。高压阀可以被主动地或被动地打开。典型地，高压阀将是主动打开的。

在一些实施例中，代替仅在空转循环和全冲程泵送和/或运转循环之间进行选择，机器控制器还可以操作以改变阀定时的精确相位，从而形成部分冲程泵送和/或部分冲程运转循环。

在部分冲程泵送循环中，在排气冲程中较晚地关闭低压阀，以便仅将工作腔的最大冲程容积的一部分移入高压歧管中。典型地，延迟低压阀的关闭，直到临上死点之前。

在部分冲程运转循环中，高压阀关闭，并且低压阀部分地打开，直到膨胀冲程，以便从高压歧管接收的流体的体积和因此流体的净排量小于其它方式将可能具有的体积和净排量。

可能的是，液压泵的控制器和/或液压马达的控制器远离液压泵和液压马达。例如，系统控制器可以执行液压泵的控制器和/或液压马达的控制器的功能，并产生阀控制信号以控制单个阀的打开或关闭。然而，典型地，液压泵和液压马达具有单独的控制器，其产生阀控制信号以选择置换率，以便来自各个机器的输出满足指令信号，并且系统控制器通过控制发送至各个机器的指令信号或多个信号而控制液压泵和液压马达。指令信号例如可以为表示平均置换率、或者输入或输出压力的信号。

在正常操作期间，系统控制器将控制信号发送至液压泵和液压马达，并发送至叶片螺距致动器，以最大化从风中提取并由发电机转换成电力的能量的量。这例如可以包括采用本领域技术人员已知的算法控制涡轮机的螺距，以及由液压泵移动的流体的置换率，使得涡轮机的旋转速度和螺距对于给定风速来说是最佳的。选择马达的净排量，使得在正常操作期间由液压马达移动的流体的长期平均置换率与由液压泵移动的流体的长期平均置换率相匹配。然而，补充的是，液压泵和液压马达可以具有不同的瞬时置换率，根据情况，工作流体储存在收集器中或从收集器接收。系统压力(加压流体歧管中的工作流体的压力)在工作流体储存在收集器中时将增加，在从收集器接收工作流体时将降低。可以有意地改变系统压力，例如，它可以在较高的风速处增加，以便于由液压泵产生较高的转矩。

系统控制器监测发电机的与最大可吸收转矩相关的参数。具体地，通过知晓功角(根据转子的角度计算，从液压马达的轴的角度和测量的或推导的组件偏斜角知道)和当前由液压马达施加的转矩(根据液压马达的已知的流体置换率和高压歧管中的压力计算)，系统控制器可以计算发电机的当前最大可吸收转矩。可替换地，或者同时，系统控制器可以测量发电机的端电压或电网电压以及励磁电流，并根据用于发电机的校准功能计算发电机的最大可吸收转矩。

在正常操作期间，系统控制器计算发电机的最大可吸收转矩，并确保液压马达的置换率总是为(通常预定的)小于最大可吸收转矩的裕量。因此，发电机将不遭受危险的和猛烈的磁极滑动。特别地，液压马达的置换率在使用中由于至涡轮机的波动的能量输入和流体储存装置中储存的流体的变化的量而可能改变，但系统控制器确保从不超过最大可吸收转矩。自动稳压器控制励磁电流以在使用中响应于变化的液压马达转矩和电网状况改变最大可吸收转矩，并且系统控制器将改变其对此的计算响应。

本发明关注风轮机对电网中的故障的响应。这些故障可能由于多种原因而发生，例如，如果存在雷击、操作人员失误，形成三相短接。当这种情况发生时，电网电压几乎立即降低为零，或非常接近零，并且电流变得非常高。发电机抵抗由励磁电路和电枢之间的电磁相互作用引起的转矩的能力消失(虽然在实际中，由于摩擦，转子仍将具有小的能力以抵抗转矩)。因此，发电机转子开始快速地加速。如果不对此进行控制，则这将非常快地导致发电机遭受磁极滑动，严重损坏发电机、液压马达或在这二者之间延伸的驱动轴的风险较高，并且延迟转矩至发电机的后续重新施加，特别是在断路器打开时。

在示例性实施例中，风轮发电机的响应包括根据故障的持续时间被轮流执行的多个阶段，牢记的是通常不能提前知道故障的持续时间。在图3中总结了该程序，并且现在将依次讨论单个阶段。

系统控制器检测200已经发生故障，并且切换至故障响应工作模式202。故障响应工作模式可以由指示发电机抵抗转矩的能力已经基本减弱的多个参数测量值中的任一个触发。例如，它可以由励磁电路本质上已经降低或者风轮发电机的输出端处的电网电压已经降低到阈值以下或者输出电压已经超过该阈值的测量值触发。典型地，液压马达的轴位置传感器非常灵敏，使得能够精确地控制液压马达的定时。因此，例如，可行的是确定通过检测液压马达轴的旋转速度已经开始不希望地加速而确定发电机的最大可吸收转矩本质上已经降低。功角(和功率因素）和转矩之间的关系也随着最大可吸收转矩变化，并且因此功角或功率因素以及由液压马达施加至发电机的转矩的测量值也可以用来确定最大可吸收转矩是否已经减小。

在进入故障响应工作模式时，选择发送至液压马达的电控阀的定时信号以基本上降低由液压马达204移动的工作流体的置换率。这可以通过系统控制器基本上降低液压马达的流体的指定置换率而实现，这引起液压马达的循环与工作腔容积成比例，其中工作流体的净排量存在实质的降低。典型地，低压阀在排气冲程结束之前不久关闭所采用的频率降低，因为工作腔内的压力以高压歧管内的压力进行展示，允许高压阀被动地或在主动控制下打开。

可以非常快地减小由液压马达产生的转矩。例如，如果液压马达正驱动4极发电机，并产生用于50Hz三相电网的电力，则旋转速率将为1500rpm。液压马达的工作腔将是定向隔离的，使得独立的工作腔例如以在单次旋转内的隔开的4，6，7，8，9，10或12次开始它们的排气循环。因此，可以作出决定以引起工作腔在少于10ms内，在多个实施例中仅在数毫秒内执行被确定的故障的空转循环而不是运转循环。这使得能够避免磁极滑动。

在一些实施例中，液压马达响应于进入故障响应工作模式而取消已经开始的主动循环。液压马达可以响应于进入故障响应工作模式而主动关闭打开的高压阀，或者不选择主动保持打开高压阀，用于该高压阀的对应的低压阀已经关闭。因此，进入故障响应工作模式和减小由液压马达施加至发电机的转矩之间的时间减少，并且极大地降低磁极滑动的可能性。

而且，至少最初，既不对液压泵的置换率进行修改，也不改变叶片的间距。因此，如果故障非常短，则风轮发电机可以立即恢复其正常工作模式，并且将电力提供至电网，同时在短暂的故障期间继续有效地吸收能量。

如果故障继续，则控制206由液压马达移动的工作流体的置换率，以确定发电机转子的角旋转速度(并且因此旋转频率)和相位，使得在修正故障并且电网恢复正常功能的情况中，发电机将与电网同步。如果在恢复电力时发电机不与电网同步，则可能存在相当大的瞬间作用力作用在发电机转子和定子之间，带来损坏风险，或者在可以产生电力同时发电机与电网同步之前带来相当大的延迟。

为了便于频率和相位的匹配，系统控制器继续采用位置传感器读取将液压马达连接至发电机的驱动轴的角位置。在一些情况中，系统控制器将一直能够测量电网的频率和相位。例如，如果在相对远离风轮发电机的电网出现三相短路时，则电网的电压将突然降低至其正常值的一部分，但仍然能够测量电网的频率和相位。如果存在1相或2相短路，则1相或2相上的电压可以降低或不存在。然而，能够继续测量来自其的电压保持不变的电网的频率和相位。

然而，将存在其中不能测量电网频率和相位的一些情况。例如，如果在靠近风轮发电机的电网中出现三相短路，则电压可能突然有效地降低至为零。类似地，如果在风轮发电机和电网之间存在开路故障，则存在隔离电网的风轮机位于其中的部分(即，″岛″)的开路故障，则电压将突然增加，并且自动稳压器必须减小励磁电流，再次减小发电机的最大可吸收转矩。在这种情况中，电网频率和相位将是不可测量的。实际上，电网中的局部岛在频率和电压方面可以偏离主电网。在这些后面的情况中，估计器可以用来估计故障期间的电网相位。估计器通常将假设电网的频率保持恒定，并且外推电网的三相的瞬时电压。然而，在需要时可以采用更复杂的估计器，包括具有位于电网和风轮机之间的通信路径的估计器。

典型地，当在故障期间控制转子的相位和频率时，在电网恢复的情况中，系统控制器确定最佳相位，该最佳相位引起功角基本上等于作用在转子上的作用力被平衡时的稳态功角。由于在故障的检测和由液压马达产生的转矩的实质减小之间必须存在一定的滞后，最初将通常需要充分地减小液压马达置换率，以使角旋转速度恢复降低，并且功角达到最佳角度。

图4图示从具有0.15秒持续时间的故障开始之前不久到该故障之后的时间期间发电机端电压、液压马达的流量、液压泵的流量和系统压力随着时间的响应。在时间0处，电压降低为零，并且液压马达的排量非常快地降低为低值。该值不可能为零，因为在实际中，发电机和液压马达将至少对转矩具有一定的阻力，即使在几乎不存在励磁电流时。由于由液压马达移动的工作流体的排量降低，否则将被引向液压马达的工作流体被引向收集器。系统压力因此缓慢地上升，并且液压泵的置换率缓慢地减小，以便将恒定的转矩施加至涡轮机(其它一切相等)。然而，涡轮机叶片的间距保持恒定。因此，当电网的功能恢复时(在该示例中，在0.15秒之后)，电力输出可以快速地恢复208。可能的是，施加至涡轮机的转矩减小，并且允许转子加速以吸收一些多余的能量。

图5图示风轮发电机对具有中等持续时间(在该示例中为0.7秒)的故障的响应。最初，该响应与之前在图4中图示的示例相同。然而，在一时间周期之后300，系统压力达到或接近加压传输歧管或一些其它部件的最大额定压力的阈值302。这意味着收集器不具有足够的容量来安全地接收其它工作流体。系统控制器使减压阀打开210，这将流体从加压传输歧管排放至低压歧管和对它进行节流控制。由于连接被节流控制，系统压力不会爆发性地降低，而是被维持，或者降低至有限程度。这使得风轮发电机能够在具有中等持续时间的故障期间能够发挥作用，并且当电网恢复至正常功能304时能够快速地恢复电力产生。虽然通过节流阀将流体排放至低压歧管，但它由于正被消散的相当多的能量而将快速地升温。工作流体的温度被监测并且如图变得太高，则执行在图6中图示的另一种功能。

图6图示风轮发电机对长持续时间故障的响应。该响应在一时间周期内与之前的示例中的响应相同。然而，在故障的持续时间达到极限时间306(该极限时间可以是预定的，或者可以为被监测的温度达到阈值或做出温度将达到阈值的预测(根据由于节流而被吸入流体中的能量的量确定)的时刻)之后，受控的系统引起叶片的间距改变212，以使叶片周期性地变距但维持相同的转子速度。液压泵的排量减小以减小涡轮机的转矩。涡轮机逐渐降低至零，此时308，涡轮机进入关机模式214。该泵继续降低涡轮机的旋转速率至零，马达停止驱动发电机，并且断路器断开。

因此，进入关机程序，并且在系统控制器作出关机的时刻之前，如果电网恢复，则可以取消该过程并且立即恢复电力产生。

虽然已经参照其中能量提取装置为风轮发电机的示例说明了本发明，但它可以为用于从可再生能源提取能量的另一种类型的装置，例如潮汐涡轮机发电机。

在本发明的在此公开的范围内可以进行其它变化和修改。

Claims (49)

1.一种操作能量提取装置的方法，该能量提取装置用于从来自可再生能源的能流中提取能量，该能量提取装装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，所述液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵和驱动发电机的可变排量液压马达，所述可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、以及调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀，与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀能够与工作腔容积的循环成定相关系地操作，以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由各个工作腔移动的工作流体的净容积，

所述方法的特征在于：

通过考虑与发电机的最大可吸收转矩相关的至少一个测量值，在工作腔容积的每个连续循环期间选择性地操作电控阀来控制液压马达的置换率，并且从而控制由液压马达产生的转矩。

2.根据权利要求1所述的操作能量提取装置的方法，其中电控阀被选择性地操作以控制液压马达的置换率，并且因此控制由液压马达产生的转矩，使得由液压马达产生的转矩不超过最大可吸收转矩。

3.根据权利要求1或2所述的操作能量提取装置的方法，其中能量提取装置具有故障响应工作模式，在该故障响应工作模式中，响应于检测到减小发电机的最大可吸收转矩的故障，电控阀被选择性地操作，以降低液压马达的置换率并且因此减小由液压马达产生的转矩。

4.根据权利要求3所述的操作能量提取装置的方法，其中，在能量提取装置处于故障响应工作模式的至少一些情况中，电控阀被选择性地操作以控制液压马达的置换率，从而相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

5.根据权利要求4所述的操作能量提取装置的方法，其中，通过测量发电机和电网之间的相位或频率差并控制由液压马达移动的工作流体的置换率以向着目标相位或频率差调节所述相位或频率差，电控阀被选择性地操作以控制所述置换率，从而相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

6.根据权利要求4或5所述的操作能量提取装置的方法，其中，在故障响应工作模式中，该方法包括下述步骤：

读取表示在故障响应工作模式中使发电机转子和液压马达转动所需要的转矩的一个或多个存储值，并响应于所述一个或多个存储值选择性地操作电控阀以控制由液压马达移动的工作流体的置换率。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，每个工作腔具有调节对应的工作腔和高压歧管之间的流体的流量的高压阀，每个高压阀的打开频率至少部分地决定由对应的工作腔移动的工作流体的净排量。

8.根据权利要求7所述的操作能量提取装置的方法，其中，在故障响应工作模式中，打开高压阀的频率小于在刚进入故障响应工作模式之前打开高压阀的频率。

9.根据前述权利要求中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，在至少一些情况中，响应于发电机的最大可吸收转矩的变化，独立于由涡轮机施加的转矩，改变液压马达的置换率。

10.根据前述权利要求中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，液压传动装置包括将工作流体从液压泵引向液压马达的高压传输歧管并且还包括至少一个可替换流体端口，其中，当响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小而降低由液压马达移动的工作流体的排量时，代替的是通过至少一个所述可替换流体端口引导工作流体。

11.根据权利要求10所述的操作能量提取装置的方法，其中，液压传动装置包括高压传输歧管，并且其中至少一个所述可替换流体端口为将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。

12.根据权利要求10或11所述的操作能量提取装置的方法，其中，至少一个所述可替换流体端口与减压阀流体连通，减压阀是选择性可操作的以排放来自高压传输歧管的流体。

13.根据前述权利要求中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，涡轮机为可变间距涡轮机，并且响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化而改变涡轮机叶片的间距。

14.根据权利要求13所述的操作能量提取装置的方法，其中，如果最大可吸收转矩保持为低，响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化，不是立即改变涡轮机叶片的间距，而是在一时间周期之后改变涡轮机叶片的间距，从而减少涡轮机的能量吸收。

15.根据前述权利要求中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，来自发电机的输出直接与电网电连通。

16.根据前述权利要求中任一项所述的操作能量提取装置的方法，还包括下述步骤：

测量发电机或发电机连接到其上的电网的一个或多个特性，并在主动控制一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。

17.一种操作能量提取装置的方法，该能量提取装置用于从来自可再生能源的能流中提取能量，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，所述液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵、可变排量液压马达和高压传输歧管，所述高压传输歧管从液压泵延伸至可变排量液压马达并包括至少一个可替换流体端口，

该方法的特征在于：

响应于检测到已经发生导致发电机的最大可吸收转矩减小的故障，通过降低由液压马达移动的工作流体的置换率，使得来自液压泵的否则将被工作液压马达移动的工作流体代替的是被移动至至少一个所述可替换流体端口。

18.根据权利要求17所述的操作能量提取装置的方法，其中，液压传动装置包括高压传输歧管，并且其中至少一个所述可替换流体端口为将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。

19.根据权利要求17或18所述的操作能量提取装置的方法，其中，至少一个所述可替换流体端口与减压阀流体连通，减压阀是选择性可操作的以排放来自高压传输歧管的流体。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的操作能量提取装置的方法，其中，涡轮机为可变间距涡轮机，并且响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化而改变涡轮机叶片的间距。

21.根据权利要求20所述的操作能量提取装置的方法，其中，如果最大可吸收转矩保持为低，响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化，不是立即改变涡轮机叶片的间距，而是在一时间周期之后改变涡轮机叶片的间距，从而减少涡轮机的能量吸收。

22.一种操作与包括转子的发电机驱动接合的液压马达的方法，所述液压马达包括循环地改变容积的多个工作腔、将液压马达连接至其旋转与工作腔容积的循环联动的发电机转子的轴、低压歧管和高压歧管、用于调节低压歧管和每个工作腔之间的连通的多个低压阀、用于调节高压歧管和每个工作腔之间的连通的多个高压阀、以及主动控制一个或多个所述阀以逐个循环地确定由每个工作腔移动的流体的净排量的控制器，

该方法的特征在于：

接收与发电机或发电机连接至其上的电网的特性相关的一个或多个信号，并且在当主动控制一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。

23.一种用于从来自可再生能源的能流中提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，所述液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵和驱动发电机的可变排量液压马达，所述可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀能够与工作腔容积的循环成定相关系地选择性地操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由对应的工作腔移动的工作流体的净容积，

其特征在于：

该能量提取装置包括至少一个测量装置和控制器，所述至少一个测量装置被配置为进行与发电机的最大可吸收转矩相关的测量，控制器被配置为控制液压马达的置换率，并且从而考虑由所述至少一个测量装置进行的至少一次测量而控制由液压马达产生的转矩。

24.根据权利要求23所述的能量提取装置，其中能量提取装置为风轮发电机。

25.根据权利要求23或24所述的能量提取装置，其中控制器通过控制电控阀的选择性操作来控制液压马达的置换率，并且从而控制由液压马达产生的转矩。

26.根据权利要求23-25中任一项所述的能量提取装置，其中控制器控制液压马达的置换率，并且因此控制由液压马达产生的转矩，使得由液压马达产生的转矩不超过最大可吸收转矩。

27.根据权利要求23-26中任一项所述的能量提取装置，其中能量提取装置具有故障响应工作模式，在该故障响应工作模式中，响应于检测到减小发电机的最大可吸收转矩的故障，控制器降低液压马达的置换率并且因此减小由液压马达产生的转矩。

28.根据权利要求23-27中任一项所述的能量提取装置，其中能量提取装置包括下述传感器中的一个或多个：

用于测量励磁电路上的电位差的传感器；

用于测量发电机的励磁电流的传感器；

用于测量发电机的功角或功率因素的传感器；

用于测量作用在液压马达上或作用在将液压马达连接至发电机转子的轴上的转矩的传感器；

角位置传感器，用于测量液压马达的轴、或从液压马达延伸至发电机转子的驱动轴、或转子的角位置。

29.根据权利要求23-28中任一项所述的能量提取装置，其中控制器被配置为在能量提取装置处于故障响应工作模式的至少一些情况中，控制液压马达的置换率，从而相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

30.根据权利要求23-29中任一项所述的能量提取装置，其中控制器被配置为采用在发电机转子的旋转频率和相位以及电网的目标频率和相位工作的反馈回路控制液压马达的置换率。

31.根据权利要求23-30中任一项所述的能量提取装置，其中能量提取装置包括被配置为确定目标相位和频率的目标计算模块，并且所述控制器被配置为相对于电网的目标频率和相位调节发电机转子的旋转频率和相位。

32.根据权利要求23-31中任一项所述的能量提取装置，其中每个工作腔具有调节对应的工作腔和高压歧管之间的流体的流量的高压阀，每个高压阀的打开频率至少部分地决定由对应的工作腔移动的工作流体的净排量。

33.根据权利要求23-32中任一项所述的能量提取装置，其中控制器被配置为使所述高压阀在控制器进入故障响应工作模式时打开的频率比刚进入故障响应工作模式之前打开的频率小。

34.根据权利要求23-33中任一项所述的能量提取装置，其中涡轮机为可变间距涡轮机，能量提取装置包括用于在控制器的控制下调节涡轮机叶片的间距的间距控制器，并且控制器被配置为在至少一些情况中独立于由涡轮机施加的转矩改变液压马达的置换率。

35.根据权利要求23-34中任一项所述的能量提取装置，其中液压传动装置包括将工作流体从液压泵引向液压马达的高压传输歧管，并且高压歧管还包括至少一个可替换流体端口，所述至少一个可替换流体端口用于在由液压马达移动的工作流体的排量降低时响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的减小接收工作流体。

36.根据权利要求35所述的能量提取装置，其中至少一个所述可替换流体端口包括将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。

37.根据权利要求35或36所述的能量提取装置，其中至少一个所述可替换流体端口与包括减压阀的排放路径流体连通，该减压阀被配置为通过所述排放路径选择性地排放来自高压传输歧管的流体。

38.根据权利要求35-37中任一项所述的能量提取装置，其中所述排放路径被配置为以被选择为将高压传输歧管内的压力维持为高于阈值压力的速率选择性地排放来自高压歧管的工作流体。

39.根据权利要求23-38中任一项所述的能量提取装置，其中能量提取装置包括用于在控制器的控制下调节涡轮机叶片的间距的间距控制器，并且所述控制器被配置为响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化改变涡轮机叶片的间距。

40.根据权利要求39所述的能量提取装置，其中如果最大可吸收转矩保持为低，响应于检测到发电机的最大可吸收转矩的变化，不是立即改变涡轮机叶片的间距，而是在一时间周期之后改变涡轮机叶片的间距，从而减少涡轮机的能量吸收。

41.根据权利要求23-40中任一项所述的能量提取装置，其中来自发电机的输出与电网直接电连通。

42.一种用于从来自可再生能源的能流提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括：涡轮机、发电机和液压传动装置，所述液压传动装置包括由涡轮机驱动的液压泵、驱动发电机的可变排量液压马达和高压传输歧管，所述高压传输歧管从液压泵延伸至可变排量液压马达并包括至少一个可替换流体端口，所述可变排量液压马达包括循环地改变容积的至少一个工作腔、高压歧管、低压歧管、调节所述至少一个工作腔与低压歧管和高压歧管之间的流体的流量的多个阀、与所述工作腔或每个工作腔相关联的至少一个阀，所述至少一个阀为电控阀，该电控阀能够与工作腔容积的循环成定相关系地选择性地操作以在工作腔容积的每个连续循环期间选择由对应的工作腔移动的工作流体的净容积，

其特征在于：

该能量提取装置包括控制器，控制器被配置为减小液压马达的置换率，并且从而减小由液压马达产生的转矩，因而响应于检测到已经发生的导致发电机的最大可吸收转矩减小的故障使否则将由液压马达移动的工作流体代替地被移动通过至少一个所述可替换流体端口。

43.根据权利要求42所述的能量提取装置，其中至少一个所述可替换流体端口包括将高压传输歧管连接至工作流体储存装置的端口。

44.根据权利要求42或43所述的能量提取装置，其中至少一个所述可替换流体端口与包括减压阀的排放路径流体连通，该减压阀被配置为通过所述排放路径选择性地排放来自高压传输歧管的流体。

45.根据权利要求42-44中任一项所述的能量提取装置，其中所述排放路径被配置为以被选择为将高压传输歧管内的压力维持为高于阈值压力的速率选择性地排放来自高压传输歧管的工作流体。

46.一种与包括转子的发电机驱动接合的液压马达，所述液压马达包括循环地改变容积的多个工作腔、将液压马达连接至其旋转与工作腔容积的循环联动的发电机转子的轴、低压歧管和高压歧管、用于调节低压歧管和每个工作腔之间的连通的多个低压阀、用于调节高压歧管和每个工作腔之间的连通的多个高压阀、以及被配置为主动控制一个或多个所述阀以逐个循环地确定由每个工作腔移动的流体的净排量的控制器，

其特征在于：

所述液压马达包括输入装置，该输入装置用于接收与发电机或该发电机连接至其上的电网的特性相关的一个或多个信号，并且所述控制器被配置为在主动控制一个或多个所述阀时考虑所述一个或多个信号以确定由每个工作腔移动的流体的净排量。

47.一种包括程序代码的计算机软件，当在能量提取装置控制器上执行该程序代码时，该程序代码引起能量提取装置执行根据权利要求1-22中任一项所述的方法。

48.一种包括程序代码的计算机软件，当在能量提取装置控制器上执行该程序代码时，该程序代码引起能量提取装置用作根据权利要求23-46中任一项所述的能量提取装置。

49.一种计算机可读介质，其上或其中具有根据权利要求47或48所述的计算机软件。

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