EA013064B1 - Система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой - Google Patents

Система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой Download PDF

Info

Publication number
EA013064B1
EA013064B1 EA200801242A EA200801242A EA013064B1 EA 013064 B1 EA013064 B1 EA 013064B1 EA 200801242 A EA200801242 A EA 200801242A EA 200801242 A EA200801242 A EA 200801242A EA 013064 B1 EA013064 B1 EA 013064B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
turbine
speed
hydrostatic
generator
engine
Prior art date
Application number
EA200801242A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200801242A1 (ru
Inventor
Петер Чэппл
Оле Гуннар Дальхеуг
Пер Олав Хорберг
Original Assignee
Чэпдрайв Ас
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 NO20055038A external-priority patent/NO323807B1/no
Application filed by Чэпдрайв Ас filed Critical Чэпдрайв Ас
Priority claimed from NO20064996A external-priority patent/NO326734B1/no
Publication of EA200801242A1 publication Critical patent/EA200801242A1/ru
Publication of EA013064B1 publication Critical patent/EA013064B1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0284—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power in relation to the state of the electric grid
    • 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
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • 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
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • 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
    • 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
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/16—Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
    • 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
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/74—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • 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
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/101—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • 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
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/104—Purpose of the control system to match engine to driven device
    • 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
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/327—Rotor or generator speeds
    • 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
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/337—Electrical grid status parameters, e.g. voltage, frequency or power demand
    • 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
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38—Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/40—Control of exclusively fluid gearing hydrostatic
    • F16H61/46—Automatic regulation in accordance with output requirements
    • F16H61/465—Automatic regulation in accordance with output requirements for achieving a target input speed
    • 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
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38—Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/40—Control of exclusively fluid gearing hydrostatic
    • F16H61/46—Automatic regulation in accordance with output requirements
    • F16H61/47—Automatic regulation in accordance with output requirements for achieving a target output speed
    • 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

Abstract

Предложены система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой. Система (1) содержит турбину (2), выполненную с возможностью приведения в действие посредством текучей среды (3), имеющей скорость (v) текучей среды, изменяющуюся во времени. Турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), также соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) в качестве части системы гидростатической передачи. Система содержит систему (15, 15а) управления с замкнутым контуром, выполненную с возможностью непрерывного приема сигнала (11) скорости (v) текучей среды, а также непрерывного приема сигнала (12m) скорости вращения турбины, вычисления сигнала (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8), для поддержания уставки по коэффициенту скорости концов лопаток и достижения повышенного энергетического КПД системы (1) во время флуктуации скорости текучей среды.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе выработки электрической энергии с приводом от турбины и способу управления такой системой. Более конкретно, изобретение относится к системе выработки электрической энергии, в которой турбина приводится в действие текучей средой, при этом скорость текучей среды изменяется во времени, а турбина приводит в действие гидростатический объемный насос, соединенный с гидростатическим объемным двигателем в системе гидростатической передачи, при этом двигатель также приводит в действие электрический генератор, подающий энергию переменного тока на частоте, близкой к заданной желаемой частоте. Измерения скорости текучей среды, измерения скорости турбины и измерения скорости гидростатического двигателя или генератора можно использовать в качестве входных сигналов в систему управления рабочим объемом двигателя для вычисления сигнала управления, предназначенного для управления рабочим объемом гидростатического двигателя.
Предшествующий уровень техники
Обычно энергия из систем ветряных турбин передается механически, либо непосредственно, либо с помощью редуктора, изменяющего скорость вращения, в генератор. Генератор может быть соединен с электрической сетью или электроэнергетической системой таким образом, что он вынужден вращаться на синхронной частоте и поэтому с фиксированной скоростью, а отсюда следует, что генератор будет работать как двигатель, если на турбину не подается механический крутящий момент или энергия соответствующего уровня, и поэтому сеть может приводить в действие генератор и турбину через редуктор. В данной области техники известно, что угол наклона лопаток турбины в гидравлической системе можно изменять либо получая максимальную энергию от турбины при заданной скорости ветра, либо ограничивая энергию желаемым уровнем, если скорость ветра превышает расчетный предел. Когда скорость турбины поддерживается постоянной с помощью генератора, угол наклона лопаток можно изменять для поддержания максимального КПД, а значит и максимальной энергии, отдаваемой турбиной в некотором диапазоне скоростей ветра. Недостаток, возникающий при управлении турбиной путем коррекции угла наклона, заключается в том, что время отклика при адаптации системы к изменению скоростей ветра может быть малым.
Ветряные и водяные турбины в настоящее время являются важными устройствами для выработки энергии. Вследствие недостатков известных гидравлических передач для ветроэнергетических установок, одним из постулатов, характерных для проектирования таких установок, является использование узла турбогенератора с редуктором, имеющим большое передаточное отношение (далее в тексте - редуктором), наверху мачты турбины. Эта конструкция вносит ряд проблем проектирования, что ограничило габариты и отдаваемую энергию установок и снизило их КПД. Использование редукторов увеличило вес и стоимость ветроэнергетических установок, а также шум, связанный с ними. Кроме того, это вынудило использовать энергоустановку с одним агрегатом, вследствие чего стоимость и вес каждого агрегата возросли.
В альтернативном способе передачи энергии турбины используется система гидростатической передачи, состоящая из гидростатического насоса и гидростатического двигателя. Гидростатический насос приводится в действие турбиной, которая подает текучую среду в гидравлический двигатель, соединенный с генератором. Надлежащий выбор рабочих объемов насоса и двигателя обеспечивает желаемое отношение скоростей между турбиной и генератором, а использование переменного рабочего объема двигателя позволяет изменять отношение скоростей.
В описании патента И8 № 4503673 (8е11ае111с5. 1979) указано, что гидравлическое давление, развиваемое турбонасосом, измеряют и сравнивают с начальным значением, которое изменяется вместе со скоростью ветра. Если давление ниже, чем значение уставки, то рабочий объем двигателя увеличивают, тем самым увеличивая скорость турбины до тех пор, пока реальное давление и уставка по давлению не окажутся равными. Таким образом, когда скорость ветра растет, это приводит к увеличению скорости турбины таким образом, что начальное значение изменяется вместе со скоростью ветра, что позволяет получить постоянный коэффициент окружной скорости концов лопаток (К).
Измерение скорости вращения турбины и использование его в качестве входного сигнала для системы управлении в соответствии с настоящим изобретением обладает несколькими преимуществами по сравнению с системой, в которой измерения давления используются для управления скоростью генератора, как описано в патенте ϋδ № 4503673. Эти преимущества заключаются в повышенной точности рабочей точки для максимального КПД; причина этого заключается в низкой скорости изменения гидравлического давления с изменениями в скорости турбины при некоторой заданной скорости ветра, которая может вызывать неопределенность в работе турбины; также вероятно, что графическая кривая может оказаться вогнутой кверху, что может усугубить эту проблему; при использовании управления скоростью турбины можно точнее определить скорость, которая приводит к максимальному КПД турбины;
на основании вышесказанного и учитывая, каким образом нарастает гидравлическое давление в системе, вероятно, что возможны проблемы с обеспечением адекватного динамического отклика для системы управления давлением; в этом случае, чтобы избежать неустойчивости, значение коэффициента усиления контроллера пришлось бы задать на уровне, который обусловил бы дополнительное негативное
- 1 013064 влияние на точность системы в установившемся состоянии.
Предложены различные энергоустановки с одним или несколькими агрегатами и с гидравлической передачей между силовым агрегатом (силовыми агрегатами) и электрическим генератором. Упомянутый один или несколько силовых агрегатов могут быть ветряными турбинами, водяными турбинами, например, для приливных электростанций или электростанций, работающих за счет энергии волн. Такие передачи могут обеспечить работу многочисленных агрегатов привода для эксплуатации одного гидравлического двигателя, соединенного с электрическим генератором, насосом или другой рабочей машиной.
Ветроэнергетические установки с ветряной турбиной, которая снабжает энергией гидравлический насос и обеспечивает передачу на гидравлический двигатель, известны уже давно.
В патенте СЕ № 3025563 (Οαΐζοηί. 1980) предложена гидравлическая передача для ветроэнергетических установок, в которой управление запуском осуществляется вручную с помощью шунтирующего клапана, а максимальное рабочее давление ограничивается клапаном управления давлением. Управление для поддержания фиксированной скорости гидравлического двигателя или оптимизации работы турбины не предусмотрено.
В патенте ΙΡ № 61212674 (Ма18И8Ы1а 8е1ко, 1986) описана ветроэнергетическая установка с узлом гидравлического насоса и электрического генератора, расположенным на фундаменте мачты ветряной турбины.
В публикации \УО 94/19605 (СеШагб, 1994) описана ветроэнергетическая установка с несколькими турбинными агрегатами, которые можно соединять для эксплуатации одного гидравлического двигателя с генератором, находящимся на фундаменте одного из агрегатов.
Из патента И8 № 4503673 (8ейаеЫе е! а1., 1985) известна ветроэнергетическая установка, соединенная с гидравлическим насосом и двигателем с переменным рабочим объемом, подсоединенными с возможностью приведения в действие электрического генератора. Во время работы на постоянной скорости поток в двигатель пропорционален его рабочему объему. В случае возрастания скорости турбины рабочий объем двигателя надо увеличивать, чтобы обеспечить рост расхода через двигатель.
В публикации \УО 03/098037 (МЬН С1оЬа1, 2003) описана ветряная турбина с переменным рабочим объемом, обеспечивающая гидростатическую передачу с компенсацией давления. Основная задача этого устройства заключается в управлении «избыточными» нагрузками. Для этого предложено средство для изменения рабочего объема передачи в ответ на изменения давления в пределах гидравлического контура. Предложенное управление рабочим объемом осуществляется во время запуска и не используется во время нормальной работы.
В связи с ветряными турбинами, предусматривающими эксплуатацию электрического генератора с фиксированным отношением скоростей, известны различные системы управления углом наклона лопаток турбин. В публикации \УО 09/07996 описана система управления, которая не пригодна для гидравлической передачи.
Из патента И8 № 4622473 (Сипу, 1986) известна возможность подачи энергии в гидравлический двигатель из группы гидравлических насосов, приводимых в действие энергией волн, причем этот двигатель, в свою очередь, питает электрический генератор. Эта система не имеет системы гидравлического управления для поддержания какой-либо конкретной частоты.
В патенте ЕВ № 2755474 описана система гидравлической передачи для использования в ветряных турбинах. Передачей управляет сервосистема с замкнутым контуром, которая имеет детектор скорости, измеряющий скорость вращения генератора, и регулятор, принимающий выходной сигнал от этого детектора и использующий его для управления углом наклона пластины в насосе с переменным расходом. Эта система управления не измеряет скорость вращения турбины или скорость ветра и не может быть использована для повышения КПД на основании оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток.
В заявке на патент И8 2005/0194787 описана система управления с тремя уровнями управления для ветроэнергетической установки с гидродинамической зубчатой передачей, при этом ветроэнергетическая установка соединена с электрической сетью. Контроллер управляет угловым положением лопаток ротора и/или управляет заданием параметров реагирующего элемента гидродинамического преобразователя скорости и/или управляет силовой электроникой генератора. Этот контроллер имеет предварительно определенные характеристики уставок, зависящие от рабочих состояний ветроэнергетической установки и/или электрической сети или характеристик ветра. Силовая передача, как таковая, является механической зубчатой передачей.
В заявке на патент ΙΡ № 11287178 описана вырабатывающая энергию система с ветряной турбиной, содержащая гидравлический насос и гидравлический двигатель в гидростатической системе с замкнутым контуром для привода электрического генератора. Скорость вращения узла электрического генератора и гидравлического двигателя измеряют и используют в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом для поддержания скорости генератора, а значит и выходной частоты, стабильной при флуктуациях скоростей ветра. В качестве альтернативного подхода к измерению скорости вращения генератора в документе также описана система, в которой давление рабочей жидкости на стороне высокого
- 2 013064 давления системы гидравлической передачи измеряют и используют в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом для поддержания скорости генератора, а значит и частоты генератора, стабильной при флуктуациях скоростей ветра.
В патенте И8 № 6911743 В2 описана вырабатывающая энергию система с ветряной турбиной, содержащая основную передачу с приводом от зубчатых колес, предназначенную для передачи энергии ветра в генератор. Система гидравлической передачи с переменным рабочим объемом работает параллельно системе с приводом от зубчатых колес. И передачи с приводом от зубчатых колес, и обеспечивающий гидравлическую передачу насос приводятся в действие винтом с помощью делительной зубчатой передачи. На стороне генератора гидравлический двигатель изменяет передаточное отношение планетарной зубчатой передачи, взаимосвязанное с механической передачей и валом генератора. Чтобы получить фиксированную скорость вращения генератора при флуктуирующих скоростях ветра, измеряют скорость ветра и используют ее в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом и насоса в соответствии с измеренной скоростью ветра.
Краткое изложение существа изобретения
Для любой турбины не обязательно преобразовывать всю кинетическую энергию, присущую ветру, в энергию вала, потому что ветер должен иметь возможность покинуть турбину. Теоретическая максимальная энергия, которую можно было бы получить в турбине, по отношению к кинетической энергии, присущей массе, движимой ветром, представляет собой так называемый предел Беца: СЭ тах=0,59, как известно специалисту в данной области техники. Это проиллюстрировано на фиг. 4а, где показан воображаемый объемный ветровой цилиндр, движущийся со скоростью ветра, продуваемого сквозь вращающийся винт ветровой турбины. Окружность, описываемая концом лопатки вращающегося ветряка, отображает область, охватываемую турбиной, и при этом показана длина цилиндра воздуха, проходящего через турбину за один оборот турбины. Когда скорость ветра возрастает, воображаемый цилиндр быстрее движется по направлению к турбине, а скорость вращения турбины или угол наклона лопаток должна или должен изменяться для использования всей энергии массы, движимой ветром. Отношение между окружной скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра называется коэффициентом скорости концов лопаток (К). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток отображает линейную зависимость между скоростью турбины и ветром (фиг. 4Ь). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток будет изменяться в зависимости от конструкции турбины. Турбина с 4 лопатками будет в типичном случае иметь меньший оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток, чем турбина с 2 лопатками. На фиг. 4с показана диаграмма зависимости энергетического коэффициента СЭ от К, т.е. от коэффициента скорости концов лопаток, при заданной конструкции турбины. Энергетический коэффициент СЭ в данном примере имеет максимальное значение СЭ около 0,4 при значении К около 6. Если турбина начинает двигаться медленнее, т.е. если уменьшается коэффициент скорости концов лопаток, то энергетический коэффициент снижается. Точно так же, если турбина движется слишком быстро, т.е. если коэффициент скорости концов лопаток увеличивается, то энергетический коэффициент тоже будет снижаться. Таким образом, важно поддерживать коэффициент скорости концов лопаток как можно ближе к значению, которое дает максимальный энергетический коэффициент в вершине кривой. Это также можно заметить, наблюдая за изменением гидравлического давления в замкнутом контуре в зависимости от скорости вращения турбины и скорости ветра. Это показано на фиг. 46, в соответствии с которой при возросшей скорости ветра нужно увеличивать скорость турбины, чтобы максимизировать давление в замкнутом контуре. Вместе с тем, максимальный КПД турбины не обязательно должен совпадать с максимальным гидравлическим давлением.
Таким образом, следует корректировать скорость вращения, допустимую для турбины, в соответствии с изменениями скорости ветра, что достигается путем измерения гидростатического рабочего объема двигателя относительно гидростатического рабочего объема насоса турбины, а двигатель и генератор при этом продолжают работать на скорости вращения, обеспечивающей желаемую частоту энергии.
В наиболее распространенных вырабатывающих энергию системах генератор должен работать на заданной частоте, а управление частотой осуществляется либо с помощью электрической сети, в которую выдает энергию генератор, либо с помощью характеристик потребляющей энергию системы, на которую энергия расходуется. В предлагаемой системе рабочий объем двигателя образует часть системы гидравлического управления с замкнутым контуром, так что когда скорость турбины отличается от той, которая соответствует значению уставки, разность между значениями скоростей вызовет изменение рабочего объема двигателя до тех пор, пока генератор не станет работать на скорости, близкой к значению уставки. Кроме того, изменяя угол наклона лопаток турбины в зависимости от скорости ветра, можно настроить турбину на максимальный КПД даже когда гидростатический двигатель и генератор вынуждены работать на желаемой скорости, а значит и на желаемой частоте.
Важной решаемой задачей является фактическое расположение основной массы вырабатывающей энергию системы в ветроэнергетической системе. Расположение генератора на расстоянии от верхней части мачты в ветроэнергетической системе приведет к удалению большой доли массы от верхней части
- 3 013064 мачты ближе к грунту. Расположение генератора на уровне грунта дополнительно облегчит наблюдение за генератором и его техническое обслуживание, позволяя расположить генератор на расстоянии от турбины, для чего нужно использовать средство передачи энергии, такое как система гидростатической передачи. Использование гидростатической передачи для передачи энергии, вырабатываемой ветряной турбиной, предложено в нескольких патентных публикациях и предусматривает расположение агрегата, содержащего двигатель и генератор на грунте, на расстоянии от турбины. Однако системы, описанные в известном уровне техники, имеют много недостатков.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является управление скоростью двигателя, когда генератор является автономным, связанным с переменным потреблением энергии и не синхронизированным с большой электрической сетью.
Согласно изобретению, также предложено управление скоростью в замкнутом контуре как для турбины, так и для двигателя, а значит и для генератора, когда генератор не соединен с электрической сетью.
Поставленная задача решена, согласно изобретению, путем создания системы выработки электрической энергии с приводом от турбины, указанная система содержит турбину, выполненную с возможностью приведения в действие с помощью текучей среды, имеющей скорость ν текучей среды, изменяющуюся во времени, причем турбина соединена с гидростатическим объемным насосом, также соединенным с гидростатическим объемным двигателем в качестве части системы гидростатической передачи, при этом двигатель выполнен с возможностью приведения в действие электрического генератора, подающего энергию переменного тока на частоте £г, близкой к заданной желаемой частоте £жел. Система, согласно изобретению, является системой управления с замкнутым контуром, выполненной с возможностью использования одного или нескольких измерений скорости в качестве входных сигналов для непрерывного вычисления сигнала управления для исполнительного механизма управления рабочим объемом, воздействующего на гидростатический двигатель и выполненного с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема б гидростатического двигателя.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения система выработки электрической энергии дополнительно выполнена с возможностью непрерывного приема сигнала скорости, отображающего скорость ν текучей среды из спидометра текучей среды, и с возможностью непрерывного приема сигнала скорости вращения турбины, отображающего измерение скорости со вращения турбины 2, из датчика 12т скорости вращения турбины. На основании упомянутых сигналов скорости ветра и скорости вращения турбины вычисляется сигнал (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема б гидростатического двигателя 8.
Таким образом, систему в соответствии с изобретением можно использовать для поддержания уставки по коэффициенту скорости концов лопаток турбины, и тем самым, достижения повышенного энергетического КПД вырабатывающей энергию системы во время флуктуаций скорости ν текучей среды.
Измерение скорости вращения турбины с использованием этой скорости в качестве входного сигнала в систему управления согласно изобретению имеет несколько преимуществ по сравнению с системой, в которой измерения давления используются для управления скоростью генератора (например, патент И8 № 4503673). Эти преимущества включают в себя повышенную точность рабочей точки для максимального КПД. Причиной является низкая скорость изменения гидравлического давления с изменениями скорости турбины для заданной скорости ветра, что могло бы привести к неопределенности работы турбины. Также вероятно, что графическая кривая может оказаться вогнутой кверху, что может усугубить эту проблему. При управлении скоростью турбины можно точнее определить скорость, которая приводит к максимальному КПД турбины. В результате вышеизложенного, а также ввиду того, каким образом нарастает гидравлическое давление в системе, вероятно, что возможны проблемы с обеспечением адекватного динамического отклика для системы управления давлением. В этом случае, чтобы избежать неустойчивости, значение коэффициента усиления контроллера пришлось бы задать на уровне, который обусловил бы дополнительное негативное влияние на точность системы в установившемся режиме.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, которые приводятся в целях иллюстрации, и их не следует считать ограничивающими изобретение, которое ограничивается лишь формулой изобретения, на которых фиг. 1 изображает систему выработки электрической энергии (1), в которой турбина (2) приводится в действие текучей средой, имеющей скорость (ν) текучей среды, изменяющуюся во времени, при этом турбина (2) приводит в действие гидростатический насос (6), связанный гидростатическим объемным двигателем (8) в системе (7) гидростатической передачи, а двигатель (8) приводит в действие электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (£г), близкой к заданной желаемой частоте (£жел). Измерения скорости (ν) текучей среды и измерения скорости (ω) вращения турбины можно использовать в качестве входных сигналов для системы (15) управления рабочим объемом для вычисления сигнала (16) управления, предназначенного для управления рабочим объемом (б) гидроста
- 4 013064 тического двигателя (8) согласно изобретению;
фиг. 2 - предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией; генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором согласно изобретению;
фиг. 3 - другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с основной, жесткой сетью или локальной системой (13), потребляющей энергию. Генератор (9) в данном случае является синхронным генератором. Заданная желаемая частота (£жел) представляет собой измеряемую частоту (£изм) электрической сети (14) или требуемую частоту (£лок) локальной системы (13), потребляющей энергию, для управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на требуемой частоте (£лок). Измерения передаются в систему (15) управления, выполненную с возможностью управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на частоте электрической сети (14).
В таком альтернативном предпочтительном варианте осуществления генератор может быть единственным генератором в электрической цепи, а к этой цепи можно подсоединять электрические приборы, которым для правильной работы требуется более или менее фиксированная частота, например 50 или 60 Гц, которая является обычной для приборов, работающих на переменном токе.
Питание на синхронный генератор (9с) подается с контура (15е) возбуждения. Контур возбуждения можно использовать для повышения стабильности выходного напряжения и частоты, которые могут страдать еще и от изменений скорости вращения генератора. Контур возбуждения может взаимодействовать с системой (15) управления для дальнейшего повышения качества вырабатываемой отдаваемой энергии и улучшения совокупных рабочих характеристик системы, вырабатывающей энергию.
Преимущество использования синхронного генератора заключается в том, что синхронный генератор (9с) может действовать подобно конденсатору в сети, изменяя параметры контура (15е) возбуждения. Таким образом, синхронный генератор может улучшить неприемлемый фазовый угол, обусловленный особенностями местной промышленности или другими асинхронными генераторами или двигателями в сети, например в других ветряных турбинах, где для выработки энергии используются асинхронные генераторы согласно изобретению;
фиг. 4 - некоторые аспекты, вследствие которых вырабатывающая электрическую энергию система с приводом от турбины должна реагировать на изменения скорости ветра и скорости турбины согласно изобретению;
фиг. 4а - воображаемый цилиндр воздуха, движущийся со скоростью ветра и продуваемый через вращающийся винт ветряной турбины. Окружность, описываемая концом лопатки, вращаемой ветром, огибает область, охватываемую турбиной, при этом показана длина цилиндра воздуха, проходящего через турбину за один оборот турбины. Когда скорость ветра возрастает, воображаемый цилиндр быстрее движется по направлению к турбине, а скорость вращения турбины должна увеличиваться для использования всей энергии массы, движимой ветром, согласно изобретению;
фиг. 4Ь - диаграмму отношения между скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра. Оно называется коэффициентом скорости концов лопаток (К). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (Копт) отображает линейную зависимость между скоростью турбины и ветром. Показано, что для максимальной эксплуатации энергии ветра турбина с 2 лопатками должна вращаться быстрее, чем турбина с 4 лопатками, при условии сравнимости компоновок лопаток обеих турбин согласно изобретению;
фиг. 4с - диаграмма зависимости энергетического коэффициента СЭ от К, т.е. от коэффициента скорости концов лопаток, для заданной конструкции турбины. Энергетический коэффициент имеет максимальное значение СЭ около 0,4 для оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (Копт), согласно изобретению;
фиг. 4б - увеличенная скорость ветра приводит к увеличенной скорости турбины для увеличения давления в гидростатической системе с замкнутым контуром, а это приводит к увеличенной отдаваемой энергии. Вместе с тем, максимальный КПД турбины не обязательно должен совпадать с максимальной энергией, согласно изобретению;
фиг. 5 - контур управления, соответствующий первому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Уставка по скорости турбины, обуславливаемая этим контуром управления, зависит от скорости ветра и оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (Копт), согласно изобретению;
фиг. 6а - контур управления для другого предпочтительного варианта осуществления изобретения. В верхней части чертежа показано, как разность между фактической скоростью двигателя и уставками по скоростям двигателя будет изменять рабочий объем двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты условия равновесия. Управляющее воздействие обеспечит управляемую скорость двигателя в условиях изменяющейся энергетической нагрузки, действующей на генератор, и при изменяющихся скоростях ветра. Уставку по скорости двигателя рассчитывают, исходя из ожидаемой выходной частоты (£жел) генератора (9). Этот контур управления пригоден для управления скоростью двигателя при использовании
- 5 013064 его с синхронным генератором, а также может быть применен как для жесткой сети, так и для локального потребления энергии. Скорость турбины будет действовать на крутом завале кривой, отображающей зависимость крутящего момента генератора от его скорости вращения, и корректировать скорость вращения турбины в соответствии с расходуемой отдаваемой энергией, согласно изобретению;
фиг. 6а и 6Ь - дополнительно изображают нижнюю часть, демонстрирующую, что ввиду динамики системы скорость турбины, а значит и КПД вырабатывающей энергию системы, будет подвергаться влиянию управляющих воздействий, прикладываемых к двигателю. Чтобы максимизировать КПД всей системы, можно управлять углом наклона лопаток турбины так, что при этом будет поддерживаться оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (Копт) согласно изобретению;
фиг. 7 - вертикальное сечение турбинной ветроэнергетической установки, в общем случае содержащей гидростатическую турбину, соединенную с гидростатическим двигателем, подключенным к электрическому генератору, причем все эти составные части расположены в гондоле на вершине мачты ветряной турбины согласно изобретению;
фиг. 8 - схема гидравлической передачи и контур управления, согласно изобретению;
фиг. 9 - вариант осуществления изобретения, в котором несколько ветряных турбинных агрегатов, питающих один узел гидравлического двигателя и генератора, расположенный на грунте, согласно изобретению;
фиг. 10 - систему управления, управляющую вырабатывающей энергию системой с приводом от турбины, работающей в пространстве управления, определяемом типом генератора, размерами сети и наличием или отсутствием использования управления углом наклона, согласно изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Согласно изобретению предложена система (1), вырабатывающая электрическую энергию, с приводом от турбины. Турбина (2) выполнена с возможностью приведения в действие посредством текучей среды (3), при этом текучая среда имеет скорость (ν) текучей среды, изменяющуюся во времени, и является средой для ветряной турбины или водяной турбины. В нижеследующем описании обсуждаются лишь примеры, предусматривающие наличие ветряных турбин, однако, как будет очевидно для специалиста в данной области техники, изобретение применимо и к турбинам, приводимым в действие водой. Турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), также соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) в качестве части системы (7) гидростатической передачи (фиг. 1). Гидростатическая система может быть гидростатической системой с замкнутым контуром или гидростатической системой с разомкнутым контуром. Гидростатический двигатель (8) выполнен с возможностью передачи вращающего момента, поскольку соединен с осью вращения электрического генератора (9), подающего энергию (10) переменного тока. Обычно требуется выработка энергии переменного тока на частоте (1г), стабилизированной таким образом, что она оказывается близкой к заданной требуемой частоте (Гжел). Новым и преимущественным важным признаком системы согласно изобретению является система (15, 15а) управления с замкнутым контуром, выполненная с возможностью использования одного или нескольких измерений скорости в качестве входных сигналов для непрерывного вычисления сигнала (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом, воздействующего на гидростатический двигатель и выполненного с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8). Изменение рабочего объема вызовет изменение расхода рабочей текучей среды, что, в конечном счете, будет изменять скорость до тех пор, пока выходной расход насоса не совпадет с требуемым расходом в двигателе. Ниже приведены несколько преимуществ управления объемным расходом гидростатического двигателя.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения система (15) управления с замкнутым контуром выполнена с возможностью непрерывного приема сигнала (11) скорости, являющегося скоростью (ν) текучей среды, из спидометра (11т) текучей среды и непрерывного приема сигнала (125) скорости вращения турбины, отображающего измерение скорости со вращения турбины (2), из датчика (12т) скорости вращения турбины, а также выполнена с возможностью, реализуемой на основании упомянутых сигналов (11т, 125) скорости ветра и скорости вращения турбины и позволяющей вычислять сигнал (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8).
Система (15) управления содержит подсистему (15а) управления рабочим объемом двигателя.
На фиг. 2 изображен предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией. Генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором.
Далее отметим, что система гидростатической передачи содержит исполнительный механизм (17) управления рабочим объемом, соединенный с гидростатическим двигателем и выполненный с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8). Когда рабочий объем (б) гидростатического двигателя (8) увеличивается, требуется больший объем текучей среды для поворота оси двигателя на заданный угол, а когда рабочий объем гидростатического двигателя уменьша
- 6 013064 ется, для поворота оси двигателя на тот же заданный угол требуется меньший объем текучей среды.
Система согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения выполнена с возможностью гарантировать поддержание уставки по коэффициенту скорости концов лопаток (Куст) и, тем самым, достижение повышенного энергетического КПД вырабатывающей энергию системы (1) во время флуктуаций скорости (ν) текучей среды. Коэффициент скорости концов лопаток будет изменяться со скоростью текучей среды.
Использование системы гидростатической передачи для вырабатывающих энергию систем с ветряными и водяными турбинами обеспечивает несколько преимуществ над вырабатывающими энергию системами с приводами от зубчатых передач. Вообще говоря, гидравлические агрегаты обеспечивают повышенную удельную мощность, что уменьшает габариты, а значит и стоимость монтажа. По сравнению с традиционной механической системой, можно уменьшить количество подвижных деталей в системе. В сочетании с возможностью размещать двигатель и генератор отдельно от турбины, это также обеспечивает снижение стоимости монтажа и технического обслуживания как турбины, так и мачты на месте возведения энергоустановки. Недавние разработки показывают, что КПД систем гидростатической передачи может оказаться сравнимым с КПД систем механической передачи при больших отношениях скоростей.
Как правило, для отпускания тормозов в системах с приводом от турбин используется гидравлическое давление. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система гидравлической передачи энергоустановки также будет обеспечивать подачу рабочей жидкости для тормозов и системы управления углом наклона, если это потребуется. В качестве альтернативы торможению турбины между входным и выходным патрубками насоса можно расположить схему аварийного отключения с управляемым или фиксируемым воздушным клапаном и отсечным клапаном.
Уменьшение количества подвижных деталей и отсутствие механического редуктора с большим передаточным отношением может значительно уменьшить акустический шум, идущий из вырабатывающей энергию системы.
Одной важной особенностью системы согласно изобретению является выработка электрической энергии со стабилизированной частотой, управляемой таким образом, что эта частота оказывается близкой к требуемой частоте при изменяющихся скоростях ветра, и при этом не требуется дополнительный инвертор и/или изменяемый угол наклона лопаток. Система согласно изобретению может иметь более быстрый и точный динамический отклик на флуктуации скорости ветра, чем известные системы управления, основанные на измерениях гидравлического давления, потому что рабочая точка предлагаемой системы управления находится на более крутой линейной функции, чем та, которая нужна для работы в правой части параболической кривой давления в соответствии с известным уровнем техники.
Могут возникнуть две основные ситуации, причем обе они содержатся в решении, представленном выше. Так называемая заданная желаемая (требуемая) частота (Гжел) может быть либо частотой (Гсети), так называемой «жесткой» сети, в которой генератор (9) не может оказать существенного влияния на частоту сети, либо, в альтернативном варианте, заданная желаемая частота Гжел) может быть требуемой частотой (Гтреб) локальной системы, потребляющей энергию и имеющей переменное потребление энергии.
Таким образом, в одном варианте осуществления системы, согласно изобретению, электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), а заданная желаемая рабочая частота является частотой (Гсети) электрической сети (14), влияющей на частоту (Гг) электрического генератора (9) или доминирующей над ней, вследствие чего управление генератором (9) позволяет ему работать на частоте электрической сети (14).
В другом варианте осуществления системы согласно изобретению электрический генератор (9) соединен с локальной системой (13), потребляющей энергию и имеющей частоту, на которую влияет электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (Гг). Заданная требуемая частота (Г) будет фиксированной требуемой частотой (Глок) локальной системы (13), потребляющей энергию.
Основное назначение предложенной системы состоит в том, чтобы поддерживать коэффициент скорости концов лопаток турбины как можно ближе к уставке (Куст) по коэффициенту скорости концов лопаток турбины и тем самым повысить КПД системы (1) во время флуктуаций скорости (ν) ветра в условиях, когда электрическая сеть или локальная система, потребляющая энергию, способна поглощать энергию, производимую в данный момент. В этом случае можно максимизировать крутящий момент гидростатического двигателя на электрическом генераторе и, тем самым, увеличить имеющуюся энергию, поступающую от генератора, когда он вынужден работать на требуемой выходной частоте генератора для выработки максимальной электрической энергии при каждой скорости ветра. Уставка по коэффициенту скорости концов лопаток турбины будет изменяться в зависимости от скорости ветра, как пояснялось ранее. Кроме того, система выполнена с возможностью коррекции скорости вращения двигателя, что позволяет генератору работать на частоте, близкой к желаемой (требуемой) частоте. Коррекция рабочего объема двигателя также обуславливает изменения скорости турбины. Иными словами, назначением изобретения является осуществляемая при необходимости максимизация крутящего момента гидростатического двигателя на электрическом генераторе для выработки максимальной электрической
- 7 013064 энергии при непрерывно изменяющейся скорости ветра.
На фиг. 3 изображен другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с основной, жесткой сетью или локальной системой (13), потребляющей энергию. Генератор (9) в данном случае является синхронным генератором. Заданная желаемая (требуемая) частота (Гжел) представляет собой измеряемую частоту (Гизм) электрической сети (14) или требуемую частоту (1лок) локальной системы (13), потребляющей энергию, для управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на требуемой частоте (!лок). Измерения передаются в систему (15) управления, выполненную с возможностью управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на частоте электрической сети (14) или локальной системы (13), потребляющей энергию. В таком варианте осуществления генератор может быть единственным генератором в электрической цепи, а к этой цепи можно подсоединять электрические приборы, которым для правильной работы требуется более или менее фиксированная частота, например, 50 Гц или 60 Гц, которая является обычной для приборов, работающих на переменном токе.
Питание на синхронный генератор (9с) подается с контура (15е) возбуждения. Контур возбуждения можно использовать для повышения стабильности выходного напряжения и частоты, которые могут страдать еще и от изменений скорости вращения генератора. Контур возбуждения может взаимодействовать с системой (15) управления для дальнейшего повышения качества генерируемой выходной энергии и совокупных рабочих характеристик системы выработки энергии.
Преимущество использования синхронного генератора заключается в том, что синхронный генератор (9с) может действовать подобно конденсатору в сети, изменяя параметры контура (15е) возбуждения. Таким образом, синхронный генератор может улучшить неприемлемый фазовый угол, обусловленный особенностями местной промышленности или другими асинхронными генераторами или двигателями в сети, например в других ветряных турбинах, где для выработки энергии используются асинхронные генераторы.
Жесткая сеть.
На фиг. 2 изображен предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией. Генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором.
Таким образом, в одном варианте осуществления системы согласно изобретению электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), а заданная требуемая рабочая частота является частотой (1сети) электрической сети (14). Иными словами, сеть (14) настолько велика, что представляет собой «жесткую» сеть, не подверженную влиянию системы с генератором. За счет использования асинхронного генератора частота сети будет влиять на частоту (Г,) электрического генератора (9) или доминировать над ней, вследствие чего эффективное управление генератором (9) позволяет ему работать на такой же частоте, как частота электрической сети (14).
Если электрический асинхронный генератор (9) выполнен с возможностью соединения с локальной системой (13), потребляющей энергию, то эта локальная система содержит локальный электрический генератор, энергию которому сообщает, например, дизельный двигатель для питания асинхронного генератора реактивной энергией. Асинхронный дизель-генератор в этом случае управляет частотой локальной системы, вырабатывающей энергию, и асинхронный генератор может работать так, как он работал бы, находясь в жесткой сети. Таким образом, когда асинхронный генератор (9) вынужден работать на скорости, близкой к той, на которой надо работать с электрической сетью (14), генератор (9) фактически будет управлять скоростью турбины. При фиксированной вместимости по текучей среде насоса и двигателя это привело бы к уменьшению КПД системы, вырабатывающей энергию, потому что коэффициент скорости концов лопаток турбины не был бы оптимальным. Таким образом, назначение этого предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы заставить турбину работать с почти оптимальным коэффициентом скорости концов лопаток, обеспечивая максимизацию крутящего момента гидростатического двигателя на электрическом генераторе, вынужденном работать, выдавая максимальную электрическую энергию при каждой скорости ветра, вследствие чего можно сделать допущение об отсутствии практических ограничений на количество энергии, которую можно выработать для сети.
На фиг. 5 изображен контур управления, используемый для оптимизации КПД системы. Уставка по скорости турбины в контуре управления зависит от скорости ветра и оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (Кдпт).
Можно также предусмотреть управление углом наклона для управления скоростью двигателя. Управление углом наклона можно также применять для уменьшения КПД турбины, если ветер слишком силен или производство энергии превышает потребность в ней.
На фиг. 6а изображен контур управления для другого предпочтительного варианта осуществления изобретения, в котором скорость двигателя поддерживают постоянной для использования его с синхронным генератором. На этом чертеже показано, как разность между фактической скоростью двигателя и
- 8 013064 уставками по скоростям двигателя будет изменять рабочий объем двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты условия равновесия. Управляющее воздействие обеспечит управляемую скорость двигателя в условиях изменяющейся энергетической нагрузки, действующей на генератор, и при изменяющихся скоростях ветра. Уставку по скорости двигателя рассчитывают, исходя из требуемой выходной частоты (£жел) генератора (9). Этот контур управления пригоден для управления скоростью двигателя при использовании его с синхронным генератором, а также может быть применен как для жесткой сети, так и для локального потребления энергии. Скорость турбины будет действовать на крутом участке (завале) кривой, отображающей зависимость крутящего момента генератора от его скорости вращения, и корректировать скорость вращения турбины в соответствии с расходуемой отдаваемой энергией.
На фиг. 6Ь дополнительно показана нижняя часть, демонстрирующая, что ввиду динамики системы скорость турбины, а значит и КПД вырабатывающей энергию системы, будет подвергаться влиянию управляющих воздействий, прикладываемых к двигателю. Чтобы максимизировать КПД всей системы, можно управлять углом наклона лопаток турбины так, что при этом будет поддерживаться оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (Копт).
Общая механическая компоновка системы выработки электрической энергии.
Ниже будет описан пример реализации системы согласно изобретению. Система (1) (фиг. 7) расположена на мачте (62) известной конструкции. Система (1) расположена на вращающейся опоре (63) таким образом, что эту систему (1) можно было поворачивать на вершине мачты (62) с помощью зубчатого колеса (64) многопоточной зубчатой передачи и привода (65) рыскания, управление которыми может осуществлять контроллер направления турбины подходящего типа.
На вращающейся опоре (63) неподвижно закреплена несущая рама (66). Несущая рама (66) несет рабочие детали ветроэнергетической турбинной установки, в число которых входят ступица (67) ветряной турбины с лопатками (68) ветряной турбины на валу (69) турбины, установленном в опоре (70), соединенном с гидравлическим объемным насосом (6) и имеющем тормозной диск (73), расположенный между опорой (70) и гидравлическим объемным насосом (6).
Гидравлический насос (6) с фиксированным рабочим объемом соединен с гидравлическим двигателем (8) с переменным рабочим объемом посредством подающей трубы (75) и оборотной трубы (76). Рабочая текучая среда, потребляемая гидростатической системой для пополнения текучей среды, которая утрачивается из-за утечки наружу, подается насосом (33) из резервуара (77) (фиг. 7). Работой системы (1) управляют три контура управления, схематически показанные на фиг. 7: это контур (15) управления, который может содержать подсистему (15Ь) управления углом наклона лопаток турбины и который будет включать в себя подсистему (15а) управления рабочим объемом двигателя, предназначенную для двигателя. Выбор функции управления скоростью зависит от дополнительного соединения генератора (9) с «жесткой» электрической сетью или локальной системой, потребляющей энергию. Подсистема (15Ь) управления углом наклона формирует сигнал управления, предназначенный для управления давлением рабочей текучей среды через вал (69) турбины из гидравлического объемного насоса (6).
Элементы системы (1) за исключением ступицы (67) ветряной турбины и лопаток (68) турбины заключены в корпус или гондолу (32).
На фиг. 8 схематически изображены элементы системы (1) вместе с гидравлическими элементами и элементами систем управления.
Насос (6) и двигатель (8) скомпонованы в виде гидростатической системы (V), которую можно стимулировать потоком, перекачиваемым насосом (33), из резервуара. Контур содержит элементы для управления давлением и охлаждения потока для насоса (6) и двигателя (8). Ступица (67) турбины содержит монтажную опору для лопастей (68), угол (ан) наклона которых корректируется исполнительным механизмом, которым в случаях, когда это требуется, управляет подсистема (15Ь) управления углом наклона. С этой целью из насоса (6) можно отбирать поток, который может быть любым потоком, необходимым для срабатывания тормоза (73).
Подсистема (15а) управления рабочим объемом двигателя служит для подачи сигналов (16) управления в исполнительный механизм (78) управления рабочим объемом двигателя для изменения рабочего объема (б) в соответствии с требованиями к управлению рабочим объемом двигателя, обеспечивающими косвенное управление скоростью (ω) вращения турбины (2) и/или непосредственное управление скоростью (шг) вращения двигателя (8).
Давлением из бустерного насоса (33) управляет разгрузочный клапан (42), и этот насос принимает поток из резервуара через фильтр (41). Нагнетаемый поток пропускается на сторону низкого давления гидростатического контура (7) посредством любого из обратных клапанов (36). Поток из разгрузочного клапана (42) отбирается через корпуса насоса (6) и двигателя (8) для охлаждения этих агрегатов. Можно также отводить поток из контура высокого давления посредством продувочного клапана (39) и разгрузочного клапана (40), причем этот поток вводится в охлаждающий поток, идущий в корпус насоса (6). Охлаждающий поток из корпуса двигателя (8) пропускается через охладитель (44) и фильтр (45), после чего возвращается в резервуар (77). В условиях, когда давление гидростатической системы превышает предварительно заданное значение, один из двух разгрузочных клапанов (38) открывается, чтобы про
- 9 013064 пустить поток на сторону низкого давления гидростатической системы.
На фиг. 8 также изображен контур для торможения и отключения насоса турбины, если это потребуется. Между выходным и входным патрубками насоса (6) расположена магистраль, содержащая воздушный клапан (31а) и отсечной клапан (31Ь). В основной выходной магистрали, ведущей из насоса (6), расположен трехходовой клапан (31с), выполненный с возможностью перенаправления потока, идущего из насоса в двигатель, этот поток направляется через воздушный клапан и отсечной клапан и возвращается в насос. Это приведет к торможению насоса, когда насос включен, а когда скорость уменьшается, отсечной клапан может, в конце концов, закрыться, останавливая насос.
Ступица (67) турбины содержит монтажную опору для лопастей (68), углом наклона которых управляет исполнительный механизм (79) управления углом наклона, находящийся под управлением сигнала (20) управления из подсистемы (15Ь) управления углом наклона. Обуславливаемый этим поток, а также любой поток, который необходим для срабатывания тормоза (73) в случаях, когда это требуется, управляет подсистема (15Ь) управления углом наклона. Поток для этой цели, а также любой поток, который необходим для срабатывания тормоза (73), подается из насоса (6). К этому контуру подсоединен аккумулятор (34), который содержит некоторый объем текучей среды, вследствие чего можно осуществлять управление углом наклона при отсутствии давления в гидростатическом контуре. Тормоз (73) установлен на пружинах (36) и отпускается под воздействием давления системы таким образом, что обеспечивается заправка аккумулятора (34), когда его давление становится ниже, чем давление в гидростатическом контуре (7).
Для улучшения динамических рабочих характеристик управления скоростью и обеспечения ее устойчивости можно применить известные компенсационные способы к подсистеме (15а) управления рабочим объемом двигателя. Они предусматривают обратную связь по гидравлическому давлению и использование контуров пропорционально-интегрально-дифференциального управления, которые обеспечат увеличения коэффициента усиления системы для повышения демпфирующей способности и точности в установившемся режиме.
В таких условиях, когда генератор «выпадает» из сети, вследствие чего на валу двигателя отсутствует крутящий момент сопротивления, необходимо погасить скорость разгона турбины. Можно внедрить в контур быстродействующий клапан, работающий таким образом, что поток из насоса будет обходить двигатель, поддерживая при этом гидростатическое давление.
В ситуации, когда основным назначением системы (1) является выдача энергии в «жесткую» сеть (14) в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, а соединение с этой «жесткой» сетью (14) неожиданно утрачивается ввиду серьезной неисправности в энергосистеме общего пользования, работу системы (1) можно автоматически или вручную переключить на второй предпочтительный вариант осуществления изобретения, изменяя режим системы (15) управления и продолжая при этом вырабатывать энергию для локальной сети, которая могла бы пострадать от отключения подачи энергии.
В противоположной ситуации, когда обеспечиваемая настоящим изобретением функция системы (1) заключается в выдаче энергии в локальную систему (13), потребляющую энергию, в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, а соединение с «жесткой» сетью (14) восстановлено, работу системы (1) можно автоматически или вручную переключить на первый предпочтительный вариант осуществления изобретения, изменяя режим системы (15) управления и переключая ее на выработку энергии для «жесткой» сети (14).
Управление рабочим объемом насоса.
Рабочий объем гидростатического насоса может быть либо фиксированным, либо переменным. В случае насоса с переменным рабочим объемом можно предусмотреть выбор рабочего объема, например, в соответствии с регламентом, обуславливаемым скоростью ветра или воды, или с обеспечением поддержания постоянного давления на входе. Это может дать преимущества, которых не удалось бы достичь с помощью насоса с фиксированным рабочим объемом. К числу таких преимуществ можно отнести общее увеличение КПД гидростатической передачи, улучшение характеристик управления за счет создания постоянного гидростатического давления, а также управление пиками высокого давления без потребности в обходной магистрали высокого давления, что позволяет избежать генерирования необязательного тепла.
На фиг. 9 показана ветроэнергетическая установка с несколькими агрегатами. На каждой из четырех мачт (46, 47, 48, 49) расположены ветряная турбина (50) и гидравлический насос (51). Идущий от каждого насоса (51) сдвоенный гидравлический трубопровод (42) соединен с общим гидравлическим двигателем (53) с переменным рабочим объемом, этот двигатель питает электрический генератор (54). В этом варианте осуществления система управления каждой турбиной соединена с общим контуром управления для гидравлического двигателя (53). Для выходного патрубка каждого насоса можно предусмотреть обратные клапаны (55), позволяющие предотвратить обратный поток в турбины, приводящий к меньшему потоку текучей среды или неудовлетворительному давлению.
Вышеописанную систему передачи можно адаптировать к аналогичным назначениям, встраивая в нее один или несколько двигателей, в частности, для множества агрегатов, преобразующих энергию.
- 10 013064
Это описание основано на применении генераторов переменного тока. Вместе с тем, при желании можно использовать и генератор постоянного тока.
В описываемом варианте турбина (2) охарактеризована, главным образом, как турбина, приводимая в действие текучей средой (3), при этом текучей средой является ветер, т.е. движущийся воздух. В альтернативном варианте текучей средой может быть вода, движущаяся в потоке воды, таком как речной поток, приливно-отливные течения или морские течения. На фиг. 9 показан конкретный вариант осуществления изобретения с несколькими ветряными турбинными агрегатами, питающими один узел гидравлического двигателя и генератора, расположенный на грунте. В альтернативном варианте один или несколько гидростатических насосов, приводимых в действие за счет энергии морских волн, можно подключить в гидростатическом контуре к одному или нескольким гидростатическим двигателям, соединенным с электрическим генератором.
По всему тексту этого описания употреблялся термин «рабочий объем (б)» гидростатического насоса (8), хотя, строго говоря, можно было бы назвать его «рабочая вместимость (б)», т.е. пропускаемый объем, приходящийся на поворот величиной один радиан вала гидростатического двигателя.

Claims (11)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система (1) выработки электрической энергии с приводом от турбины, содержащая турбину (2), выполненную с возможностью приведения в действие посредством текучей среды (3), скорость (ν) которой может изменяться во времени; при этом упомянутая турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), также соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) системой (7) гидростатической передачи;
    упомянутый двигатель (8) выполнен с возможностью приведения в действие электрического генератора (9), подающего энергию (10) переменного тока на частоте (Г,), близкой к заданной требуемой частоте (Гжел), отличающаяся тем, что она содержит систему (15, 15а) управления с замкнутым контуром, выполненную с возможностью непрерывного приема сигнала (11), характеризующего скорость (ν) текучей среды от спидометра (11т) текучей среды, а также непрерывного приема сигнала (12к), характеризующего скорость (ω) вращения турбины (2), полученную от датчика (12т) скорости вращения турбины, и на основании упомянутых сигналов (11, 125) от скорости ветра и скорости вращения турбины, вычисления сигнала (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8) для поддержания уставки (Куст), представляющей собой отношение между окружной скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра во время флуктуаций упомянутой скорости (ν) текучей среды.
  2. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), при этом заданная требуемая частота (Гжел) является частотой (Гсети) электрической сети (14), влияющей на частоту (Гг) электрического генератора (9) или доминирующую над ней, посредством чего обеспечивается работа генератора (9) на частоте электрической сети (14).
  3. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) соединен с локальной системой (13), потребляющей энергию и имеющей частоту, на которую влияет электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (Гг), при этом заданная требуемая частота (Гжел) представляет собой фиксированную требуемую частоту (Глок) локальной системы (13), потребляющей энергию.
  4. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) является синхронным генератором.
  5. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) является асинхронным генератором.
  6. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик (18т) скорости вращения двигателя, обеспечивающий сигнал (185) скорости двигателя, отображающий скорость (<лг) вращения двигателя (8) для ввода в систему (15) управления.
  7. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик (19т) угла наклона лопаток турбины, обеспечивающий сигнал (195) угла наклона лопаток турбины, отображающий угол (ан) наклона лопаток турбины, для ввода в упомянутую систему (15) управления, при этом система (15) управления также выполнена с возможностью вычисления сигнала (20) управления углом (ан) наклона лопаток турбины.
  8. 8. Система (1) по п.1, отличающаяся тем, что система (7) гидростатической передачи представляет собой систему (7) гидростатической передачи с замкнутым контуром.
  9. 9. Система (1) по п.6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит контур (15е) возбуждения для дополнительной стабилизации частоты выходного напряжения и обеспечения реактивной энергии (Хс).
  10. 10. Система (1) по п.1, отличающаяся тем, что содержит расположенную между выпускным патрубком и впускным патрубком насоса (6) гидравлическую магистраль с воздушным клапаном (31а) и
    - 11 013064 отсечным клапаном (31Ь), и трехходовой клапан (31с), расположенный на основной выходной магистрали из насоса (6) и выполненный с возможностью перенаправления потока, идущего из насоса в двигатель, таким образом, что этот поток направляется через воздушный клапан и отсечной клапан и возвращается в насос.
  11. 11. Способ управления системой (1) выработки электрической энергии с приводом от турбины, причем система (1) выработки электрической энергии содержит турбину (2), выполненную с возможностью приведения ее в действие с помощью текучей среды (3), скорость (ν) которой может изменяться во времени, при этом турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) системой (7) гидростатической передачи, при этом двигатель (8) предназначен для приведения в действие электрического генератора (9), подающего энергию (10) переменного тока на частоте (Гг), близкой к заданной требуемой частоте (Гжел), отличающийся тем, что осуществляют непрерывный прием сигнала (11), характеризующего скорость (ν) текучей среды (3) от спидометра (11т) текучей среды, осуществляют непрерывный прием сигнала (12з), характеризующего скорость (ω) вращения турбины (2), поступающий от датчика (12т) скорости вращения турбины, и на основании сигналов (11, 12з), скорости (ν) текучей среды и скорости (ω) вращения турбины осуществляют вычисление сигнала (16) управления, представляющего собой отклонение от уставки (Куст), представляющей собой отношение между окружной скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра, и на основании сигнала управления (16) управляют исполнительным механизмом (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывного регулирования рабочего объема (б) гидростатического двигателя (8).
EA200801242A 2005-10-31 2006-10-31 Система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой EA013064B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20055038A NO323807B1 (no) 2005-10-31 2005-10-31 Fremgangsmate og system for hydraulisk overforing
PCT/NO2006/000390 WO2007053036A1 (en) 2005-10-31 2006-10-31 A turbine driven electric power production system and a method for control thereof
NO20064996A NO326734B1 (no) 2006-10-31 2006-10-31 Et turbindrevet elektrisk kraftproduksjonssystem og en metode for a regulering dette

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200801242A1 EA200801242A1 (ru) 2009-02-27
EA013064B1 true EA013064B1 (ru) 2010-02-26

Family

ID=38006097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200801242A EA013064B1 (ru) 2005-10-31 2006-10-31 Система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7863767B2 (ru)
EP (1) EP1945946A1 (ru)
JP (1) JP2009513882A (ru)
AU (1) AU2006309370B2 (ru)
CA (1) CA2627859A1 (ru)
EA (1) EA013064B1 (ru)
WO (1) WO2007053036A1 (ru)

Families Citing this family (102)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005059761B4 (de) * 2005-12-14 2007-12-06 Siemens Ag Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug
WO2008097286A2 (en) * 2006-10-20 2008-08-14 Southwest Windpower, Inc. Method and system for deriving wind speed in a stall controlled wind turbine
DE102007020615A1 (de) * 2007-04-30 2008-11-06 Voith Patent Gmbh Antriebsstrang für eine tauchende Energieerzeugungsanlage
NO327277B1 (no) * 2007-10-30 2009-06-02 Chapdrive As Vindturbin med hydraulisk svivel
GB2457136B (en) * 2008-02-05 2010-11-10 Colin Lawrence Amess An adaptive small-scale wind turbine closed loop control system
WO2009107132A2 (en) * 2008-02-26 2009-09-03 Avi Efraty Hydraulic wind farms for grid electricity and desalination
KR20100125373A (ko) * 2008-03-21 2010-11-30 신포니아 테크놀로지 가부시끼가이샤 풍차의 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템
EP2107237A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-07 AMSC Windtec GmbH Wind energy converter comprising a superposition gear
US20120179376A1 (en) * 2011-01-11 2012-07-12 Ophir Corporation Methods And Apparatus For Monitoring Complex Flow Fields For Wind Turbine Applications
US10746901B2 (en) 2008-06-12 2020-08-18 Ophir Corporation Systems and methods for predicting arrival of wind event at aeromechanical apparatus
CN102123910B (zh) * 2008-06-16 2015-03-25 威廉·R.·理查兹 装有箍圈的涡轮机
US8080888B1 (en) * 2008-08-12 2011-12-20 Sauer-Danfoss Inc. Hydraulic generator drive system
US8074450B2 (en) * 2008-08-13 2011-12-13 General Electric Company Wind energy system with fluid-working machine with non-symmetric actuation
CN101672246B (zh) * 2008-09-12 2013-04-03 上海汇益控制系统股份有限公司 一种风力发电系统的液压控制模块
GB2463647B (en) * 2008-09-17 2012-03-14 Chapdrive As Turbine speed stabillisation control system
GB0817202D0 (en) * 2008-09-19 2008-10-29 Wesby Philip B System and method for hydraulic power transfer
US8621856B2 (en) * 2009-01-05 2014-01-07 Windera Power Systems, Inc. Hydraulic drive train with energy dissipation for electricity generation
EP2253842A1 (de) * 2009-05-12 2010-11-24 Aresco SA Windturbine
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
DE102009033272B4 (de) * 2009-07-09 2011-04-28 MPP GbR in Gesellschaft Herma-Christiane Meuser und Renate Pleikis (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Peter Meuser, 17036 Neubrandenburg) Hydrostatischer Antrieb einer Windenergieanlage
WO2011003405A2 (de) * 2009-07-09 2011-01-13 Mpp Gbr Hydrostatischer antrieb einer windenergieanlage
GB2472593B (en) * 2009-08-11 2012-10-24 Mactaggart Scott Energy converter device
US8541897B2 (en) * 2009-09-01 2013-09-24 University Of Southern California Generation of electric energy using cable-supported windmills
GB2476790A (en) * 2009-12-01 2011-07-13 Statoil Asa Hydraulic transmission system for wind or water turbines
US8511079B2 (en) * 2009-12-16 2013-08-20 Eaton Corporation Piecewise variable displacement power transmission
US8878384B2 (en) * 2009-12-23 2014-11-04 Indiana University Research And Technology Corp. Central wind turbine power generation
US20110164999A1 (en) * 2010-01-04 2011-07-07 Dale Meek Power pumping system and method for a downhole tool
US20110179781A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Charles Leon Fant Hydraulic drive system for use in driven systems
US20140070534A1 (en) * 2010-05-28 2014-03-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof
US20130307493A1 (en) * 2010-05-28 2013-11-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power generating apparatus of renewable energy type and method of operating the same
GB2480683B (en) 2010-05-28 2014-09-10 Artemis Intelligent Power Ltd Method and apparatus for extracting energy from a fluctuating energy flow from a renewable energy source
GB2480684A (en) 2010-05-28 2011-11-30 Artemis Intelligent Power Ltd A method and apparatus for operating a renewable energy extraction device
JP5502201B2 (ja) * 2010-05-28 2014-05-28 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運転方法
GB2484890A (en) 2010-08-17 2012-05-02 Artemis Intelligent Power Ltd Ring cam ensuring smooth follower handover between segments
EP2440776B1 (en) 2010-08-17 2015-07-01 Artemis Intelligent Power Limited Fluid-working machine with multi-lobe ring cam
US20120045327A1 (en) * 2010-08-17 2012-02-23 Artemis Intelligent Power Limited Fluid-Working Machine with Multi-Lobe Ring Cam
DE102010044433A1 (de) * 2010-09-06 2012-03-08 Nordex Energy Gmbh Verfahren zur Drehzahlregelung einer Windenergieanlage
US8057175B2 (en) * 2010-11-11 2011-11-15 General Electric Company Active control of a wind turbine blade
KR20130053416A (ko) * 2010-11-30 2013-05-23 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 재생 에너지형 발전 장치
BRPI1005507A2 (pt) * 2010-11-30 2016-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd gerador de turbina eólica, e, método de operação de um gerador de turbina eólica.
GB2485987A (en) * 2010-11-30 2012-06-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Renewable energy extraction device tolerant of grid failures
WO2013042252A1 (ja) 2011-09-22 2013-03-28 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
JP5502190B2 (ja) * 2010-11-30 2014-05-28 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置
CA2724564A1 (en) 2010-11-30 2012-05-30 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator comprising a hydraulic transmission
CA2724633A1 (en) 2010-11-30 2012-05-30 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydraulic pump structure for wind turbine generator or tidal current generator and method of mounting hydraulic pump
GB201020264D0 (en) 2010-11-30 2011-01-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Energy extraction device and operating method
EP2478218B1 (en) * 2010-11-30 2018-10-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator system and operation control method thereof
US8426998B2 (en) * 2010-12-09 2013-04-23 Shun-Tsung Lu Wind-power and hydraulic generator apparatus
US8922039B2 (en) * 2011-01-24 2014-12-30 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine and a method for powering one or more hydraulic pitch actuators
EP2481915A1 (en) 2011-01-26 2012-08-01 Chapdrive As A method and system for connecting a wind turbine system to an electric grid
EP2481916A1 (en) 2011-01-26 2012-08-01 Chapdrive As Wind turbine power production system with hydraulic transmission
EP2481917A1 (en) 2011-01-26 2012-08-01 Chapdrive As A wind turbine with hydrostatic transmission and lvrt control
US9593669B2 (en) * 2011-01-30 2017-03-14 Vestas Wind Systems A/S Hydraulic transmission methods and apparatus for wind turbines
KR20120139669A (ko) 2011-04-05 2012-12-27 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 재생 에너지형 발전 장치
KR20120139667A (ko) 2011-04-05 2012-12-27 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 재생 에너지형 발전 장치
US8432054B2 (en) * 2011-06-13 2013-04-30 Wind Smart, Inc. Wind turbine with hydrostatic transmission
CN103052795A (zh) * 2011-07-06 2013-04-17 三菱重工业株式会社 具有发电机的能量提取装置以及操作能量提取装置发电机的方法
WO2013005259A2 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Energy extraction device, group of energy extraction devices and operating methods
US20130028729A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Jones Jack A Power generation systems and methods
EP2743502B1 (en) * 2011-08-10 2016-04-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Renewable energy type electric power generation device
JP4950367B1 (ja) 2011-08-10 2012-06-13 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置
US20130057183A1 (en) * 2011-09-07 2013-03-07 Tai-Her Yang Hydraulic electricity generator and separation type electric fluid pump driven by the same
EP2759701B1 (en) * 2011-09-22 2016-08-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power generating apparatus of renewable energy type
JP5620009B2 (ja) * 2011-09-22 2014-11-05 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置
JP5550781B2 (ja) * 2011-09-22 2014-07-16 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置及び該再生エネルギー型発電装置の操作方法
CN103124844A (zh) 2011-09-22 2013-05-29 三菱重工业株式会社 再生能源型发电装置及其旋转叶片装卸方法
WO2013042279A1 (ja) * 2011-09-22 2013-03-28 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
JP5836478B2 (ja) * 2011-09-22 2015-12-24 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置
CN104160146A (zh) * 2011-10-28 2014-11-19 雷姆技术公司 风力涡轮机齿轮箱润滑系统
WO2013080322A1 (ja) 2011-11-30 2013-06-06 三菱重工業株式会社 再生エネルギー型発電装置およびその油漏れ検出方法
CN102893026A (zh) 2011-11-30 2013-01-23 三菱重工业株式会社 再生能量型发电装置及其控制方法
WO2013080397A1 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power generating apparatus of a renewable energy type and operation method thereof
EP2649348B1 (en) * 2012-01-31 2017-03-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydraulic transmission comprising variable displacement pump or motor operable with discontinuous range of displacements
US9217412B2 (en) 2012-04-29 2015-12-22 LGT Advanced Technology Limited Wind energy system and method for using same
US9261073B2 (en) 2012-04-29 2016-02-16 LGT Advanced Technology Limited Wind energy system and method for using same
EP2844869A4 (en) 2012-05-04 2016-05-18 Wind Energy Corp WIND TURBINE SYSTEM AND METHOD OF OPERATING A WIND TURBINE SYSTEM
US20130319952A1 (en) * 2012-06-01 2013-12-05 National Oilwell Varco, L.P. Deoiling hydrocyclone
WO2013183081A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of synchronising a generator drive with an alternating current electrical network
DK2757253T3 (da) * 2013-01-17 2019-07-15 Ge Renewable Tech Wind Bv Fremgangsmåde til at starte en vindmølle
US9074577B2 (en) 2013-03-15 2015-07-07 Dehlsen Associates, Llc Wave energy converter system
CA2915530A1 (en) * 2013-07-04 2015-01-08 Orenda Energy Solutions Inc. Overrun protection for wind turbines
US9166510B1 (en) * 2014-04-02 2015-10-20 Hamilton Sundstrand Corporation Systems utilizing a controllable voltage AC generator system
US9869190B2 (en) 2014-05-30 2018-01-16 General Electric Company Variable-pitch rotor with remote counterweights
US9534585B2 (en) * 2014-06-02 2017-01-03 Aaron C. Smith System using natural resources to generate electricity from a pressurized fluid
US10072510B2 (en) 2014-11-21 2018-09-11 General Electric Company Variable pitch fan for gas turbine engine and method of assembling the same
CN104481816A (zh) * 2014-12-31 2015-04-01 太原重工股份有限公司 特大型风力发电机组
JP6259425B2 (ja) 2015-07-08 2018-01-10 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
US20170074248A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 Ben M. Enis Wind turbine station and tower with vertical storage tanks
US10100653B2 (en) 2015-10-08 2018-10-16 General Electric Company Variable pitch fan blade retention system
JP6772799B2 (ja) * 2016-12-06 2020-10-21 株式会社Ihi 水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム
US10871085B2 (en) 2018-03-16 2020-12-22 Uop Llc Energy-recovery turbines for gas streams
US11507031B2 (en) 2018-03-16 2022-11-22 Uop Llc Recovered electric power measuring system and method for collecting data from a recovered electric power measuring system
US10745631B2 (en) 2018-03-16 2020-08-18 Uop Llc Hydroprocessing unit with power recovery turbines
US10811884B2 (en) 2018-03-16 2020-10-20 Uop Llc Consolidation and use of power recovered from a turbine in a process unit
US10753235B2 (en) * 2018-03-16 2020-08-25 Uop Llc Use of recovered power in a process
JP7136751B2 (ja) * 2019-07-17 2022-09-13 トヨタ自動車株式会社 ブリーザ装置
CN111997837B (zh) * 2020-08-17 2022-10-18 燕山大学 液压型风电机组功率主动控制系统及其主动控制方法
EP4033090A1 (de) * 2021-01-22 2022-07-27 Wobben Properties GmbH Verfahren zum steuern einer windenergieanlage
US11674435B2 (en) 2021-06-29 2023-06-13 General Electric Company Levered counterweight feathering system
US11795964B2 (en) 2021-07-16 2023-10-24 General Electric Company Levered counterweight feathering system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4274010A (en) * 1977-03-10 1981-06-16 Sir Henry Lawson-Tancred, Sons & Co., Ltd. Electric power generation
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
EP0097002A2 (en) * 1982-06-04 1983-12-28 William Edward Parkins Generating power from wind
JPH11287178A (ja) * 1998-03-31 1999-10-19 Kayaba Ind Co Ltd 発電装置
US6911743B2 (en) * 2001-12-21 2005-06-28 Komatsu Ltd. Aerogenerator having a fluid transmission and a gear transmission

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2539862A (en) * 1946-02-21 1951-01-30 Wallace E Rushing Air-driven turbine power plant
US3806733A (en) * 1973-03-22 1974-04-23 M Haanen Wind operated power generating apparatus
US3952723A (en) * 1975-02-14 1976-04-27 Browning Engineering Corporation Windmills
US4055950A (en) * 1975-12-29 1977-11-01 Grossman William C Energy conversion system using windmill
US4031702A (en) * 1976-04-14 1977-06-28 Burnett James T Means for activating hydraulic motors
FR2351277A1 (fr) * 1976-05-11 1977-12-09 Spie Batignolles Systeme pour transformer l'energie aleatoire d'un fluide naturel
US4206608A (en) * 1978-06-21 1980-06-10 Bell Thomas J Natural energy conversion, storage and electricity generation system
US4229661A (en) * 1979-02-21 1980-10-21 Mead Claude F Power plant for camping trailer
US4503673A (en) * 1979-05-25 1985-03-12 Charles Schachle Wind power generating system
US4309152A (en) * 1979-09-06 1982-01-05 Sea Energy Corporation Hydraulic motor/pump with variable mechanical advantage
US4447738A (en) * 1981-12-30 1984-05-08 Allison Johnny H Wind power electrical generator system
US4496846A (en) * 1982-06-04 1985-01-29 Parkins William E Power generation from wind
US4496847A (en) * 1982-06-04 1985-01-29 Parkins William E Power generation from wind
US4498017A (en) * 1982-12-16 1985-02-05 Parkins William E Generating power from wind
DE3222008A1 (de) * 1982-06-11 1983-12-15 Sperry-Vickers Zweigniederlassung der Sperry GmbH, 6380 Bad Homburg Hydrostatischer oder pneumatischer antrieb sowie verfahren zu seinem betrieb
US4622473A (en) 1984-07-16 1986-11-11 Adolph Curry Wave-action power generator platform
WO1994019605A1 (de) 1993-02-26 1994-09-01 Egon Gelhard Windkraftanlage__________________________________________________
ATE182659T1 (de) * 1995-05-16 1999-08-15 Truninger Ag Vorrichtung zum kontrollierten antrieb wenigstens einer hydraulischen achse
DE19626793C1 (de) * 1996-07-03 1997-06-26 Brueninghaus Hydromatik Gmbh Hydraulische Regeleinrichtung zum parallelen Regeln mehrerer hydrostatischer Verstellpumpen
DE19642837C1 (de) * 1996-10-17 1998-01-29 Daimler Benz Ag Dämpferventil
FR2755473B1 (fr) 1996-11-06 2001-08-17 Technicatome Systeme de transmission hydraulique d'energie mecanique et application a une installation aeromotrice
US6137187A (en) 1997-08-08 2000-10-24 Zond Energy Systems, Inc. Variable speed wind turbine generator
US6748737B2 (en) * 2000-11-17 2004-06-15 Patrick Alan Lafferty Regenerative energy storage and conversion system
ATE309471T1 (de) * 2001-02-17 2005-11-15 Globemag L P Hydraulischer oszillator als antrieb von maschinen
DE10229390A1 (de) * 2001-09-25 2003-04-24 Thomas Nikolaus Windkraftmaschine
NZ537240A (en) * 2002-05-16 2007-06-29 Mlh Global Corp Inc Wind turbine with hydraulic transmission
GB0218401D0 (en) * 2002-08-08 2002-09-18 Hansen Transmissions Int Wind turbine gear unit
DE10314757B3 (de) * 2003-03-31 2004-11-11 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Antriebsstrang zum Übertragen einer variablen Leistung
DE10357292B4 (de) * 2003-12-05 2006-02-02 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Verfahren für die Steuerung eines Antriebsstrangs für eine Strömungskraftmaschine mit Drehzahlführung, Kraftstoßreduktion und Kurzzeitenergiespeicherung
DE10361443B4 (de) 2003-12-23 2005-11-10 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Regelung für eine Windkraftanlage mit hydrodynamischem Getriebe
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
US7485979B1 (en) * 2005-11-17 2009-02-03 Staalesen Haakon A Method and system for controlling power generator having hydraulic motor drive
US7569943B2 (en) * 2006-11-21 2009-08-04 Parker-Hannifin Corporation Variable speed wind turbine drive and control system
US7656055B2 (en) * 2007-04-12 2010-02-02 Rosalia Torres Hydro-wind power generating turbine system and retrofitting method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4274010A (en) * 1977-03-10 1981-06-16 Sir Henry Lawson-Tancred, Sons & Co., Ltd. Electric power generation
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
EP0097002A2 (en) * 1982-06-04 1983-12-28 William Edward Parkins Generating power from wind
JPH11287178A (ja) * 1998-03-31 1999-10-19 Kayaba Ind Co Ltd 発電装置
US6911743B2 (en) * 2001-12-21 2005-06-28 Komatsu Ltd. Aerogenerator having a fluid transmission and a gear transmission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 200001 Class Q55, AN 2000-007440 & JP 11287178 A (KAYABA IND CO. LTD.) 19 October 1999 (1999-10-19) abstract *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007053036A1 (en) 2007-05-10
CA2627859A1 (en) 2007-05-10
AU2006309370A1 (en) 2007-05-10
JP2009513882A (ja) 2009-04-02
EA200801242A1 (ru) 2009-02-27
AU2006309370B2 (en) 2012-06-07
US20090140522A1 (en) 2009-06-04
EP1945946A1 (en) 2008-07-23
US7863767B2 (en) 2011-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA013064B1 (ru) Система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой
US5140170A (en) Power generating system
US7569943B2 (en) Variable speed wind turbine drive and control system
US4161658A (en) Wind turbine generator having integrator tracking
EP1509695B1 (en) Wind turbine with hydraulic transmission
KR20130026440A (ko) 재생 에너지형 발전 장치 및 그 운전 방법
US4160170A (en) Wind turbine generator pitch control system
US4274010A (en) Electric power generation
EP2282055B1 (en) Communicating energy storages with different functions
CN101300421B (zh) 涡轮机驱动电力产生系统及其控制方法
US20070132247A1 (en) Electric power generation system
CN102418663A (zh) 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法
CN110805521B (zh) 一种新型的储能式液压型风力发电机组调频控制系统及控制方法
US8878384B2 (en) Central wind turbine power generation
JP5502202B2 (ja) 再生エネルギー型発電装置及びその運転方法
CN202402210U (zh) 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统
KR102058343B1 (ko) 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 pto 시스템 및 부하제어방법
RU2468251C1 (ru) Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации
EP2656499A2 (en) Control of water current turbines
KR101460909B1 (ko) 유압식 풍력발전기용 유압제어시스템
JPH11280637A (ja) 発電装置
RU2761706C1 (ru) Способ повышения коэффициента установленной мощности ветроэлектрической станции
NO326734B1 (no) Et turbindrevet elektrisk kraftproduksjonssystem og en metode for a regulering dette
US20240011455A1 (en) Power Production System
CA3151457A1 (en) A hydraulic method to efficiently produce power and storage from a hydrokinetic and wind turbine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY RU