专利名称：可再生能源类型的发电装置及其运行方法
技术领域：
本发明涉及一种可再生能类型的发电装置和该可再生能类型的发电装置的运行方法，其中发电装置经由组合有液压泵和液压马达的液压传动装置，将从可再生能源获得的转子的旋转能传递至发电机。
背景技术：
近些年来，从环境保护的观点看，使用可再生能类型的涡轮发电机将变得越来越普遍，其中可再生能类型的涡轮发电机例如为利用风力的风力涡轮发电机和利用潮流(tidal current)的潮流发电机。这些可再生能装置传统上使用变速箱形式的传动装置，将输入可再生能源的动能·的能量提取机构的较低的输入速度改变成较高的输出速度，以驱动发电装置，其中能量提取机构例如风或潮汐涡轮发电机的转子。例如，在普通的风力涡轮发电机中，转子的转速大致为几转至几十转每分，而发电装置的额定速度正常地为1500rpm或ISOOrpm，因此需要机械式变速箱。因此，机械式变速箱设置在转子和发电机之间。具体地，转子的转速通过变速箱增大至发电机的额定速度，并然后输入至发电机。这样的变速箱形式的传动装置对设计和建造都是一个挑战，因为其容易失效，并且维护和替换或维修成本较高。设计可再生能类型的发电装置的另一个挑战是，在所有的情形下利用能量提取机构提取能量的最佳量。最有效的装置使之这样实现通过将叶片保持为固定的螺旋角，并在运行范围的大部分中与风速或水速成比例地变化叶片的旋转速度，以维持差不多固定的“叶尖速比”。成本有效的可再生能类型的发电装置所需要的尺度的变速箱为不能变化的固定比率，因此需要复杂的易于失效的电力转换装置以将电力供给至AC电网。近些年来，作为机械式变速箱的替代，配备有液压传动装置的可再生能类型的发电装置正在获得更多的关注，其中该液压传动装置采用变量式(variable displacementtype)的液压泵和液压马达的组合。在这样的发电装置中，即使在较大的尺度上也可以获得变比率的净液压传动。这样的净液压传动也比变速箱更轻且更坚固，并且还比直流发电机驱动单元轻。因此，降低了发电的总成本。非专利文献I公开了一种应用于风力涡轮发电机的液压传动装置的结构。液压传动装置包括连接到转子的液压泵、连接到发电机的液压马达、和分别布置在液压泵和液压马达之间的高压总管和低压总管。液压泵和马达中的每个包括多个缸和活塞，并且不断地启动和禁用形成在缸和活塞之间的工作腔来改变排量(displacement)。专利文献I公开了一种用于调整风力涡轮发电机的转子的旋转的装置。该装置包括转子驱动的旋转轴和由旋转轴启动的多级泵。每一级具有将该级与共同的流体吸入路径联接的吸入装置和将该级与共同的流体排出路径联接的排出装置。第一限制装置布置在从该级开始的共同的排出通路中，以改变该级的泵送状态。处于空转状态的缸的比率被改变以调整旋转轴的扭矩，从而将旋转轴的转速保持在一定的范围内，在该范围中旋转能有效地转换成风力能。此外，专利文献2公开了一种用于诸如风力涡轮发电机的发电装置的稳定控制系统。该稳定控制系统试图控制液压传动装置的液压马达的排量，以稳定发电机的转速。引用列表专利文献专利文献I :US 4496847B专利文献2 :W0 2010/0033035A非专利文献
非专利文献I :W. H. S. Rampen 等人，"Gearless transmissions forlargewind-turbines-The history and future of hydraulic drives " , DEffEKBremen, 2006 年 12 月。
发明内容
技术问题在如专利文献I和2公开的可再生能类型的发电装置中，需要其有效地从可再生能源提取能量，并保持较高的发电效率。然而，这样的发电装置中使用的可再生能源通常为诸如风力和潮流的自然能，并且发电可用的能量波动较大。因此，很难以最大效率提取能量。特别地，所述可再生能在较短时间周期中瞬时不稳定性较高，必须执行控制来响应能量的波动以有效地提取能量。从以上观点来看，在配备有机械式(齿轮式)变速箱的常规的风力涡轮机中，在发电机和电网之间布置有变换器，通过控制该变换器来改变转子的转速。通常使用该可变速度运行方法。然而,在具有如非专利文献I和专利文献I和2中公开的液压传动装置的风力涡轮发电机中，没有详细描述调节扭矩以提高发电效率的方法。此外，目前仍然确立一种提高发电效率的运行控制技术。鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种可再生能类型的发电装置以及运行这种装置的方法，该装置能够获得期望的液压马达输出和稳定的发电而不考虑可再生能的变化。技术方案本发明提供了一种用可再生能源发电的可再生能类型的发电装置。与本发明相关的发电装置可以包括但不限于旋转轴，该旋转轴由可再生能源驱动；液压泵，该液压泵由旋转轴驱动；液压马达，该液压马达由液压泵供给的增压油驱动；发电机，该发电机联接至液压马达；高压油路，液压泵的出口侧通过该高压油路与液压马达的入口侧流体连通；低压油路，液压泵的入口侧通过该低压油路与液压马达的出口侧流体连通；马达目标输出确定单元，该马达目标输出确定单元基于液压泵的目标输出功率8来确定液压马达的目标输出功率马达需求量确定单元，该马达需求量确定单元确定液压马达的排量需求量(displacement demand)Dm,使得发电机的转速恒定；和马达控制器，该马达控制器将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。
在所述可再生能类型的发电装置中，马达目标输出确定单元基于液压泵的目标输出功率g来确定液压马达的目标输出功率，从而执行马达控制。因此，可以获得液压马达的期望输出。 马达需求量确定单元基于液压马达的目标输出功率1 确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速保持恒定，并且马达控制器将液压马达的排量调节为确定的排量需求量Dm。因此，即使液压泵的目标输出被改变，也可以将发电机的转速保持为相同。结果，发电机可以产生固定频率的电力。上述可再生能类型的发电装置还可以包括目标扭矩确定单元，该目标扭矩确定单元基于功率系数变成最大值的旋转轴的理想扭矩确定液压泵的目标扭矩Tp ;和泵目标输出确定单元，该泵目标输出确定单元基于目标扭矩确定单元所确定的液压泵的目标扭矩Tp来确定液压泵的目标输出功率s。以此方式，目标扭矩确定单元基于功率系数变为最大值的旋转轴的理想扭矩来确定液压泵的目标扭矩Tp，并且泵目标输出确定单元基于目标扭矩来确定液压泵的目标输出功率s。因此，可以使该可再生能类型的发电装置的发电效率保持较高。上述可再生能类型的发电装置还可以包括测量旋转轴的转速的转速测量仪和理想扭矩确定单元，理想扭矩确定单元根据测量的旋转轴的转速确定旋转轴的理想扭矩。在所述可再生能类型的发电装置中，基于转速测量仪测量的旋转轴的测量转速获得理想扭矩，从而实现了可再生能类型的发电装置的有效发电。转速测量仪能够非常精确地测量旋转轴的转速，并且因此通过基于旋转轴的测量转速来确定理想扭矩，液压马达能够被适当地控制。在该可再生能类型的发电装置中，可以设置多个转速测量仪，并且理想扭矩确定单元可以根据转速测量仪测量的旋转轴的转速的平均值，来确定旋转轴的理想扭矩。以此方式，设置了多个转速测量仪并且基于旋转轴的测量转速的平均值来获得理想扭矩，从而提高了确定理想扭矩的精度，并且还可以消除转速测量仪本身、外部因素等导致的噪声。可替代地，可再生能类型的发电装置还可以包括测量旋转轴的转速的转速测量仪以及理想扭矩确定单元，该理想扭矩确定单元根据从旋转轴的测量转速估算的可再生能源的能量流的估算速度，来确定旋转轴的理想扭矩。以此方式，根据从旋转轴的测量转速估算的可再生能源的能量流的估算速度获得理想扭矩，从而提高了可再生能类型的发电装置的发电效率。可再生能源的能量流的速度根据转速测量仪测量的旋转轴的测量转速来估算，从而非常精确地估算出了能量流的速度，并且对液压马达进行适当地控制。此外，发电装置可以构造成没有测量能量流的速度的速度测量仪，从而减低了成本。在所述可再生能类型的发电装置中，可以设置多个流速测量仪，并且可以根据转速测量仪测量的旋转轴的转速的平均值来估算能量流的估算流速。以此方式，设置了多个转速测量仪，根据转速测量仪测量的旋转轴的转速的平均值来估算能量流的流速，并且根据能量流的流速获得理想扭矩。因此，能够非常精确地确定理想扭矩，并能够消除转速测量仪本身、外部因素等导致的噪声。可替代地，所述可再生能类型的发电装置还可以包括测量可再生能源的能量流的速度的速度测量仪以及理想扭矩确定单元，该理想扭矩确定单元根据测量的能量流的速度来确定旋转轴的理想扭矩。以此方式，基于速度测量仪测量的可再生能源的流速来确定理想扭矩，从而提高了可再生能类型的发电装置的发电效率。此外，通过用速度测量仪直接地测量能量流的速度，可以容易地获得能量流的速度。在所述可再生能类型的发电装置中，可以设置多个速度测量仪，并且理想扭矩确定单元可以根据速度测量仪测量的能量流的速度的平均值来确定旋转轴的理想扭矩。以此方式，设置了多个速度测量仪，并且基于速度测量仪测量的能量流的测量速度的平均值获得了理想扭矩，从而提高了确定理想扭矩的精度，也消除了转速测量仪本身、外部因素等导致的噪声。所述可再生能类型的发电装置还可以包括泵目标输出校正单元，其基于来自可再 生能类型的发电装置所属的发电厂的发电厂控制器的功率需求指令，对液压泵的目标输出功率s进行校正。通常，不止一个可再生能类型的发电装置安装在所述发电装置所属的发电厂中。例如，每个发电装置所需的发电输出依据例如发电厂中的每个发电装置的运行状态以及发电厂总共需要的电力而变化。因此，泵目标输出校正单元基于发电厂的发电厂控制器的功率需求指令，对液压泵的目标输出功率s进行校正。结果，能够根据可再生能类型的发电装置所需要的电力进行合适地发电。在所述可再生能类型的发电装置中，马达目标输出确定单元可以包括低通滤波器，其对液压泵的目标输出功率^进行校平，以获得液压马达的目标输出功率以此方式，通过校平液压泵的目标输出功率s可以获得液压马达的目标输出功率gS。结果，即使当液压泵的输出剧烈地改变时，液压马达的目标输出也能够平稳地改变，从而实现了发电机稳定运行。在所述可再生能类型的发电装置中，马达需求量确定单元可以基于名义马达需求量0 来确定液压马达的排量需求量0111，其中该名义马达需求量Dn通过将液压马达的目标输出功率除以液压马达的转速Wm和高压油路中的油压Ps而得到。以此方式，通过将液压马达的目标输出功率除以高压油路中的油压Ps，马达需求量确定单元确定了液压马达的名义需求量Dn，从而获得了保持发电机的转速恒定的名义
马达需求量Dn。此外，在所述可再生能的发电装置中，马达需求量确定单元可以获得用于将高压油路中的油压Ps向着目标油压Pd调节的需求量校正值Db，该目标油压Pd基于液压马达的目标输出功率确定，并且马达需求量确定单元可以由名义马达需求量0 与需求量校正值Db的和来确定液压马达的排量需求量Dm。以此方式，马达需求量确定单元获得了用于调节高压油路中油压Ps的液压马达的需求量校正值Db，并且所获得的需求量校正值Db加到名义马达需求量Dn上，以确定液压马达的排量需求量Dm。结果，高压油路中的油压Ps被确实地调节成更加接近目标压力Pd。在这样的情况中，马达需求量确定单元可以通过将油压Ps和目标油压Pd之间的差值乘以可变的增益Kp，获得了需求量校正值Db，其中可变的增益Kp根据油压Ps变化。以此方式，当获得液压马达的需求量校正值Db时，通过适当地设置可变的增益Κρ，高压油路中的油压Ps能够更加接近目标扭矩Pd，其中可变的增益Kp根据油压Ps而变化。同时，可变的增益Kp根据油压Ps而改变，从而获得了根据压力Ps的跟踪性能。此外，可变的增益Kp可以设置成当油压Ps不高于高压油路中的油压(以下称为“高油压”)的容许范围的最小值Pmin或不低于容许范围的最大值Pmax时，可变的增益Kp为最大值Kmax;并且当油压Ps介于高油压的容许范围的最小值Pmin和最大值Pmax之间时，油压Ps变得越接近最小值Pmin或最大值Pmax,可变的增益Kp增加越多。以此方式，高压油路中的油压Ps能够被保持在容许范围内，并且能够依据液压马达的需求量排量Dm是否需要校正，来适当地确定液压马达的需求量校正值Db。具体地，当油压Ps不高于高油压的容许范围的最小值Pmin或不低于容许范围的最大值Pmax时，可变的增益Kp为最大值1(_。因此，可以尽可能快地加速使高油压成为目标压力的速度。而当油压Ps介于高油压的容许范围的最小值Pmin和最大值Pmax之间时，油压Ps变得越接近最小值Pmin或最大值Pmax，可变的增益Kp增加越多。因此，当高压油路中油压Ps·适当时可以减小可变的增益Kp的影响，并且可以如期望的一样逐渐地增大可变的增益Kp的影响。可以基于旋转轴的转速和可为液压泵设置的最大排量Dmax来确定容许范围的最小值P—。以此方式，基于旋转轴的转速和可为液压泵设置的最大排量Dmax来确定容许范围的最小值Pmin，从而适当地设置容许范围的最小值Pmin，其对马达控制来说是一个很重要的因素。所述可再生能类型的发电装置还可以包括环境温度传感器，该环境温度传感器测量发电装置的环境温度。优选地基于测量的环境温度对旋转轴的理想扭矩进行校正。通常，所述可再生能类型的发电装置中，可再生能源的能量密度随着温度改变。这样，环境温度传感器测量发电装置的环境温度，并且基于测量的环境温度对理想扭矩进行校正，从而根据环境温度获得最佳的理想扭矩。所述可再生能类型的发电装置还可以包括测量高压油路中油温的油温传感器以及马达需求量校正单元，该马达需求量校正单元基于高压油路中的测量油温对液压马达的排量需求量Dm进行校正。以此方式，泵需求量校正单元基于油温传感器测量的高压油路中的测量油温，对液压马达的排量需求量Dm进行校正。结果，能够在考虑油的热膨胀的情况下对液压马达进行合适地控制。优选地，所述可再生能类型的发电装置为通过作为可再生能源的风发电的风力涡轮发电机。在风力能发电机中，风力能波动很大。然而，通过使用所述可再生能的发电装置，可以根据风力能的改变进行马达控制，从而实现液压马达的期望输出和稳定地发电。作为一种可再生能类型的发电装置的运行方法，其中所述发电装置包括旋转轴，该旋转轴由可再生能源驱动；液压泵，该液压泵由旋转轴驱动；液压马达，该液压马达由液压泵供给的增压油驱动；发电机，该发电机联接至液压马达；高压油路，液压泵的出口侧通过该高压油路与液压马达的入口侧流体连通；和低压油路，液压泵的入口侧通过该低压油路与液压马达的出口侧流体连通，所述方法可以包括但不限于以下步骤基于液压泵的目标输出功率s来确定液压马达的目标输出功率;确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速恒定；和将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。在所述可再生能类型的发电装置的运行方法中，基于液压泵的目标输出功率^确定液压马达的目标输出功率，基于其进行马达控制。因此，可以获得液压泵的期望输出。基于液压马达的目标输出功率^^来确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速恒定不变，并且马达控制器将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。因此，即使当液压泵的目标输出被改变，也可以将发电机的转速保持为相同。结果，发电机可以产生固定频率的电力。有益效果
根据本发明，马达目标输出确定单元基于液压泵的目标输出功率s确定液压马达的目标输出功率^^，基于其进行马达控制。结果，可以获得液压泵的期望输出。此外，马达需求量确定单元基于液压马达的目标输出功率确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速恒定不变，并且马达控制器将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。因此，即使当液压泵的目标输出被改变，也可以将发电机的转速保持为恒定的转速。结果，发电机可以产生固定频率的电力。
图I为风力涡轮发电机的示例结构的示意图。图2为风力涡轮发电机的控制单元、发电机和液压传动装置的结构的示意图。图3为液压泵的详细构造的示意图。图4为液压马达的详细构造的示意图。图5为示出了通过控制单元控制液压泵的过程的流程图。图6为控制单元的信号流的示意图。图7为示出了扭矩和转速之间的关系的图表。图8为示出了示例性的增益函数的图表。图9为示出了高压油路中的油的目标压力函数的图表。图10为示出了储存在存储单元中的Cp最大值曲线的图表。图11为示出了储存在存储单元中的Cp最大值曲线的图表。
具体实施例方式现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。不过，其意图为，除非特别地说明，尺寸、材料、形状、其相对位置等应理解为仅是示意性的，而不用来限制本发明的范围。图I为风力涡轮发电机的示例性结构的示意图。图2为风力涡轮发电机的液压传动装置、发电机和控制单元的结构的示意图。如图I所示，风力涡轮发电机I包括通过风旋转的转子2，用于增大转子2的转速的液压传动装置10、用于产生电力的发电机20、机舱22、用于支撑机舱22的塔架24、用于控制风力涡轮发电机I的液压传动装置10的控制单元40(见图2)和各种传感器，其中传感器包括压力测量仪31和转速测量仪32，36。转子2构造成使得旋转轴8连接至带有叶片4的轮毂6。具体地，三个叶片4从轮毂6径向延伸出，并且每个叶片4安装在连接到旋转轴8的轮毂6上。这使得作用在叶片4上的风能可以旋转整个转子2，转子2的旋转经由旋转轴8输入液压传动装置10。如图2所示，液压传动装置10包括通过旋转轴8旋转的变量式的液压泵12、连接到发电机20的变量式的液压马达14和布置在液压泵12和液压马达14之间的高压油路16和低压油路18。高压油路16将液压泵12的出口侧连接到液压马达14的入口侧。低压油路18将液压泵12的入口侧连接到液压马达14的出口侧。从液压泵排出的工作油(低压油)经由高压油路流入液压马达中。液压马达14中工作过的工作油经由低压油路18流入液压泵12中，然后液压泵12将其压力升高，最后该工作油流入液压马达14中，以驱动液压马达14。图2示出了一个示例性的实施例,其中液压传动装置10仅包括一个液压马达14。不过，也可以设置多个液压马达14，并且将每个液压马达14连接至液压泵12。
这里描述的液压泵和液压马达的详细结构仅作为示例。图3为液压泵的详细结构，图4为液压马达的详细结构。如图3所示，液压泵12包括多个油腔83、凸轮84、高压阀86和低压阀88，其中每个油腔83由缸80和活塞82形成，凸轮84具有与活塞82接合的凸轮轮廓，为每个油腔83都设置有高压阀86和低压阀88。高压阀86布置在高压油路16和每个油腔83之间的高压通道87中，低压阀88布置在低压油路18和每个油腔83之间的低压通道89中。液压泵12中，凸轮84与旋转轴8 一起旋转，活塞82根据凸轮曲线周期性地上下移动，以重复活塞82从下死点开始到达上死点的泵送循环和活塞从上死点开始到达下死点的吸入循环。如图4所不,液压马达14包括包括多个液压腔93、凸轮94、闻压阀96和低压阀98，其中，液压腔93形成在缸90和活塞92之间，凸轮94具有与活塞92接合的凸轮轮廓，为每个液压腔93设置有高压阀96和低压阀98。高压阀96布置在高压油路16和每个油腔93之间的高压通道97中，而低压阀98布置在低压油路18和每个油腔93之间的低压通道99中。低压阀98也可以是常闭类型的。在所示的具有活塞循环曲线130的液压马达14中，活塞92周期性地上下移动，以重复活塞92从上死点开始到达下死点的致动(motor)循环和活塞从下死点开始到达上死点的排出循环。液压泵和液压马达为以上描述的活塞式。不过，这不是限制性的，液压泵和液压马达可以是任意类型的变量式液压机构，例如叶片式。如图2所示，作为各种传感器，提供了用于测量旋转轴8的转速的转速测量仪32、用于测量高压油路16中的压力的压力测量仪31和用于测量液压马达14的转速的另一个转速测量仪36。此外，各种传感器还可以包括安装在机舱22外部测量风速的风速仪33、测量风力涡轮发电机I的环境温度的温度传感器34和测量高压油路16中的油温的油温传感器35。这些传感器的测量结果传送至控制单元40以控制液压泵12。附图所示的该示例中，设置有一组各传感器。然而，这不是限制性的，也可以提供不止一组各传感器。此外，设置有用于高压油路16和低压油路18的防脉动蓄能器64。由此，高压油路16和低压油路18的压力波动(脉动)被抑制。而且，用于去除工作油杂质的油过滤器66和用于冷却工作油的油冷却器68布置在低压油路中。旁通油路60布置在高压油路16和低压油路18之间以旁通液压马达14，减压阀62布置在旁路油路60中以保持高压油路16中的液压压力不高于设定压力。由此，当高压油路16中的压力达到减压阀62的设定压力时，减压阀62自动地打开，以允许高压油经由油路旁路60流向低压油路18。另外，液压传动装置10具有油箱70、补给管路72、增压泵74、油过滤器76、返回管路78和低压泄压阀79。在一些实施例中，液压马达14的全部或部分回流通过一个或多个这些单元。油箱70储存有补给的工作油。补给管路72连接油箱70和低压油路18。增压泵74布置在补给管路72中，为低压油路18补充来自油箱70的补给的工作油。在这种情况 下，布置在补给管路72中的油过滤器76除去供给至低压油路18的工作油的杂质。即使当液压传动装置10中的工作油泄露时，增压泵74为低压油路补充来自油箱70的工作油，并由此能够保持液压传动装置10中流通的工作油的量。返回管路78安装在油箱70和低压油路18之间。低压减压阀79布置在返回管路78中，并且低压油路18中的压力被保持在规定的压力附近。这使得一旦低压油路18中的压力到达低压减压阀79的规定压力，尽管增压泵74供给工作油至低压油路18，低压减压阀79仍能够自动打开以经由返回管路88释放工作油至油箱70。由此，能够充分地保持液压传动装置10中流通的工作油的量。发电机20与电网50同步，使得发电机20产生的电力供给至电网50。如图2所示，发电机20包括电磁同步发电机，其由连接至液压马达14的输出轴15的转子20A和连接至电网50的另一个转子20B构成。激励器52连接至发电机20的转子20A，使得能够通过改变在转子20A中流动的场流来调整发电机20的转子20B中产生的电力的功率因子。由此，可以向电网50供给调整为期望的功率因子的较好质量的电力。图I所示的机舱22旋转地支撑转子2的轮毂6，并容纳各种装置，例如液压传动装置10和发电机20。另外，机舱22可以旋转地支撑在塔架24上，并根据风向由偏转马达(未示出)转动。塔架24形成为从基座26向上延伸的柱状。例如，塔架22可以由一个柱状构件构成，或者由沿竖直方向连接的以形成柱状的多个单元构成。如果塔架24由多个单元构成，那么机舱22安装在最顶侧的单元上。以下参考图2说明控制单元40的结构。控制单元40可以构造为分布式控制系统，其配置成，控制单元40和各种控制装置41至49可以布置在不同的位置，即机舱的内部或外部。构成控制单元40的控制装置41至47和控制单元40中的至少一项功能可以并入一个处理单元中。控制单元40包括理想扭矩确定单元41、目标扭矩确定单元42、泵目标输出确定单元43、泵目标输出校正单元44、马达目标输出确定单元45、马达需求量确定单元46、马达需求量校正单元47、马达控制器48和存储单元49。理想扭矩确定单元41根据测量的旋转轴8的转速来确定旋转轴8的理想扭矩。理想扭矩为这样的一个扭矩，在该扭矩风力能能够被有效地转换成旋转轴8的转动能，即具有闻的风力能提取效率的扭矩。
以下详细描述理想扭矩确定单元41的示例性的结构。理想扭矩确定单元41基于转速测量仪32测量的旋转轴8的测量转速，确定功率系数Cp变为最大值时的扭矩为理想扭矩。其还可以根据转速测量仪32测量的旋转轴8的转速的平均值来确定旋转轴8的理想扭矩。理想扭矩单元41可以基于环境温度传感器34测量的风力涡轮发电机I的测量的环境温度来校正旋转轴8的理想扭矩。风力涡轮发电机I的环境温度为影响旋转轴8的扭矩的因素中的一个因素。技术上来说，风力能由风流量(质量流量)和风速确定。随着风力涡轮发电机I的环境温度的改变，空气密度改变。这改变了空气的质量。因此，基于风力涡轮发电机I的环境温度来校正理想扭矩。目标扭矩确定单元42基于理想扭矩确定单元41获得的理想扭矩来确定液压泵的目标扭矩。同时，目标扭矩确定单元42优选地通过将旋转轴8的理想扭矩乘以比例因子M，来确定液压泵12的目标扭矩。
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泵目标输出确定单兀43基于液压泵的目标扭矩来确定液压泵的目标输出功率s。同时，泵目标输出确定单元43可以通过将目标扭矩确定单元42所确定的液压泵12的目标扭矩乘以旋转轴8的测量转速，来确定液压泵12的目标输出功率s。泵目标输出校正单元44基于发电厂控制器200的功率需求指令Sd，对泵目标输出确定单元43确定的液压泵12的目标输出功率s进行校正。发电厂控制器200为安装在拥有发电装置的发电厂中的控制器，其整体上控制不止一个发电装置。马达目标输出确定单元45基于液压泵的目标输出功率8来确定液压马达14的目标输出功率例如，马达目标输出确定单元45可以包括一阶低通滤波器，其通过校平液压泵12的目标输出功率s来确定液压马达的目标输出功率马达需求量输出确定单元46基于液压马达14的目标输出功率肖&来确定液压马达14的排量需求量Dm，以使得发电机的转速恒定。具体地，马达需求量输出确定单元46基于名义需求量Dn来确定液压马达的排量需求量Dni，其中名义需求量Dn通过目标输出功率除以液压马达14的转速和高压油路中油压Ps得到。同时，马达需求量确定单元46可以对排量需求量Dm进行校正，使得油压Ps被保持在规定的范围内。在这样的情况下，马达需求量确定单元46根据液压马达14的需求量校正量Db和名义需求量Dn的和来确定液压马达的排量需求量Dm，以将高压油路中的油压Ps调节为基于目标输出功率^^所确定的高压油路中的目标压力Pd。这里，还可以通过以下的方式获得液压马达14的需求量校正量Db。需求量校正量Db通过将油压Ps和目标油压Pd之间的差值乘以可变的增益Kp得至IJ，其中可变的增益Kp根据油压Ps变化。如图8所示，可变的增益Kp优选地设定成当油压Ps不高于高油压的容许范围的最小值Pmin或不低于容许范围的最大值Pmax时，可变的增益Kp为最大值Kmax ;并且当油压Ps介于高油压的容许范围的最小值Pmin和最大值Pmax之间时，油压Ps变得越接近最小值Pmin或最大值Pmax，可变的增益Kp增加越多。所述容许范围可以基于旋转轴8的转速确定，并且对于液压泵12来说，最大值Dmax能够设定。马达需求量校正单元47基于油温传感器35测量的高压油路16中的测量油温对液压马达14的排量需求量Dm进行校正。尽管不是必须的，然而可以安装马达需求量校正单元47，从而在考虑工作流体的热膨胀率的情况下适当地控制液压马达16。马达控制器48将液压马达14的排量调节为马达需求量确定单元46所确定的确定排量需求量D1^除上述控制装置外，还可以设置泵控制器(未示出)。泵控制器将液压泵12的排量调节为液压泵12的确定的排量需求量，该确定的排量需求量根据目标扭矩确定单元42获得的目标扭矩和油压Ps来确定。存储单元49储存用于控制液压泵12的数据。具体地，存储单元49储存用于控制风力涡轮发电机I的多个函数，例如图7所示的扭矩和转速之间的关系的函数、图8所示的可变的增益Kp的函数以及图9所示的目标高油压的目标压力函数。以下将参考图5的流程图描述关于控制单元40的运行的算法。 首先，转速测量仪38测量旋转轴8的转速I (步骤SI)。理想扭矩确定单元41根据转速测量仪38测量的测量转速%，确定功率系数Cp变为最大时的理想扭矩T”具体地，理想扭矩确定单元41从存储单元49取得Cp最大值曲线600，其在图7的函数中用实线表示。Cp最大值曲线600为旋转轴的转速(W,，599)和气动理想扭矩(T，598)之间关系的函数。Cp最大值曲线600示出了功率系数Cp相对于转速I变为最大值时的理想扭矩凡。目标扭矩确定单元42基于理想扭矩确定单元41获得的理想扭矩Ti来确定液压泵12的目标扭矩Td(步骤S2)。同时，目标扭矩确定单元42通过将理想扭矩确定单元41所确定的理想扭矩Ti乘以比例因子M，确定出能够用作目标扭矩Td的调整后的理想扭矩MTitl比例因子M —般地位于O. 9至I. O之间，并且在使用期间可以根据风况和叶片4随着时间的气动改变而变化。比例因子M可以如期望的从发电厂控制器200输入。先决条件是，在M〈1的情况下，施加至旋转轴8的扭矩具有稍小于理想扭矩的值。旋转轴8的转速稍微地增大至相比理想扭矩的情况的对应量。因此，可以调整旋转轴8的转速以响应风速的快速改变。先决条件是，强风的风速不高于风力涡轮发电机I的允许的风速范围的上限。允许的风速范围为其中转子2能够正常地运行而不会使其超转的风速范围，并且通常设置得高于额定的风速范围的上限。根据上述结构，风间歇(M=I)期间理想扭矩稍微偏离最佳扭矩。然而，在强风期间由风力能转换的旋转能量远高于风间歇期间转换的能量。因此，风力涡轮发电机总体获得的电力非常多。采用以上的结构是非常有益的。目标扭矩确定单元42可以基于环境温度传感器34测量的风力涡轮发电机I的环境温度对理想扭矩Ti进行校正。例如可以这样进行校正在存储单元中储存环境温度和理想扭矩Ti的校正值的函数、根据环境温度获得理想扭矩Ti的校正值、并将所获得的校正值加到理想扭矩Ti上。可替代地，可以这样进行校正准备不止一个对应于环境温度的Cp最大值曲线600、根据环境温度选择适当的Cp最大值曲线600、并且基于从所选定的Cp最大值曲线600获得的理想扭矩Ti来确定目标扭矩。技术上来说,风力能由风流量(质量流量)和风速确定。随着风力涡轮发电机I的环境温度的改变，空气密度改变。这改变了空气的质量。因此，基于风力涡轮发电机I的环境温度来校正理想扭矩Ti,以根据环境温度获得适当的理想扭矩。接着，泵目标输出确定单元43通过将转速测量仪32测量的旋转轴8的转速\乘以理想扭矩Ti或调整后的理想扭矩MTi,来确定液压泵的目标输出功率s (步骤S3)。液压泵的目标输出功率s可以基于液压信息来确定，其中液压信息例如选择的液压泵12的净排量(net rate of displacement)和高压油路中的油压Ps。泵目标输出校正单元44可以基于来自发电厂控制器200的功率需求指令Sd获得的输出校正值功率β ，对液压泵的目标输出功率s进行校正(步骤4)。通常，不止一个风力涡轮发电机I安装在风力发电厂中，并且发电厂控制器200设置成控制风力涡轮发电机I整体。发电厂控制器200能够与不止一个风力涡轮发电机12通信。发电厂控制器200接收来自风力涡轮发电机I的各种测量信号，并将各种控制信号传送至风力涡轮发电机I。例如，测量信号为来自测量装置31至36的测量信号，例如高压油路中的油压Ps、旋转轴8的转速I、液压马达14的转速Wm、风力涡轮发电机I周围的风速或环境温度以及工作流体的油温。
控制信号包括功率需求指令Sd。功率需求指令Sd为关于从风力发电厂的总的功率需求量分配给每个风力涡轮发电机的功率需求量的信号。每个风力涡轮发电机I的功率需求量可以被设定，从而获得固定的功率输出，或者风力发电厂总体高效的发电、或者考虑例如高油压和其它风力涡轮发电机的功率输出的变化。马达目标输出确定单元45通过借助于一阶低通滤波器对液压泵12的目标输出功率^进行校平，来确定液压马达14的目标输出功率^^ (步骤S5)。接着,马达需求量确定单元46计算液压泵12的扭矩余量(headroomtorque)Th(步骤S6)。扭矩余量限定了液压泵12在突然的强风或风力增大期间必须能够立刻施加至旋转轴8以适当地控制转速的最小扭矩。扭矩余量Th为液压泵的转速的函数，并且稍后参考图7详细地描述了其特性。旋转轴8的扭矩为所选择的液压泵12的净排量与高油压的乘积。这样，根据能够为液压泵12设定的排量的最大值Dmax和扭矩余量Th计算出油压Ps的最小值Pmin (步骤S7)。最小值Pmin限定了高压油路16中油压Ps的容许范围的下限。油压Ps的最小值Pmin和作为容许范围上限的最大值Dmax以及液压马达14的目标输出和液压马达的校平后的目标输出中的一个，用于根据参考图8所描述的函数计算可变的增益Kp，稍后描述所述函数(步骤S8)。同时，计算高压油路16中的目标油压Pd (步骤S9)。目标油压Pd为使风力涡轮发电机I能够运行在最佳状态的压力，并且根据稍后描述的参考图9描述的函数获得。接着，马达需求量确定单元46计算液压马达14的排量的名义需求量Dn(步骤S10)。名义需求量Dn根据转速测量仪36测量的液压马达14的测量转速Wm、压力测量仪31测量的高压油路中的测量油压Ps和液压马达14的目标输出功率^^来计算。在该过程中，通过目标输出功率^^除以转速Wm和油压Ps来计算名义需求量Dn，从而获得了使发电机的转速固定不变的这种名义需求量Dn。马达需求量确定单元46获得了液压马达14的需求量校正值Db(步骤Sll)。通过将油压Ps和目标压力Pd之间的差值乘以步骤S9中获得的可变的增益Kp，来计算需求量校
正值Db。
然后，根据名义需求量Dn和需求量校正值Db的和来计算液压马达14的排量需求fiDm (步骤 S12)。泵需求量校正单元可以基于油温传感器35测量的高压油路16中的油温，对液压马达14的排量需求量Dm进行校正。这样，液压马达14能够在考虑工作流体的热膨胀的情况下进行适当地控制。马达控制器48将液压马达14的排量调节为上述确定的液压马达的排量需求量Dm。现在参考图4阐述马达控制器48如何调节液压马达14的排量。在液压马达14中，液压泵12产生的高压油路16和低压油路18之间的压差致使活塞92周期性地上下移动，以重复活塞92从上死点开始抵达下死点的致动循环和活塞从下死点开始抵达上死点的排出循环。
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马达控制器48改变禁用油腔的数目，以获得液压马达14的期望排量Dm，所述禁用的油腔被保持为，在液压马达14的活塞92从下死点开始抵达上死点然后返回下死点的循环期间，液压马达14的高压阀96被关闭，而液压马达14的低压阀98保持打开。具体地，马达控制器48根据以下描述的公式由液压马达14的排量Dm来设定禁用腔的数目。液压马达14被根据以下公式控制。(公式)排量D111=VniXFdm在公式5中，Vm为所有的缸90的总容量，Fdm为工作腔与所有的油腔93的比值。Fdffl可以经过一段时间来确定，使得Fdm为工作腔与所有的油腔的比值的短期平均值。这里，液压马达14的“禁用腔”为在活塞92从上死点开始抵达下死点的致动行程期间不从高压油路16向其供给工作油的油腔93，而液压马达14的“工作腔”为在活塞92从上死点开始抵达下死点的致动行程期间从高压油路16向其供给工作油的油腔93。在活塞92完成一组向上和向下运动的每个循环中，每个油腔93的状态(工作腔或禁用腔)能够被切换。因此，通过改变禁用腔与所有的油腔93的比值，能够及时地改变液压马达14的排量。可替代地，马达控制器48可以在活塞循环期间改变高压阀打开的时间，来调节液压马达14的排量。参考图6说明控制单元40的信号流。图6对应于图5中所描述的算法的流程图。首先，理想扭矩确定单元41根据转速测量仪32测量的旋转轴8的测量转速%确定理想扭矩Ti。在该过程中，转速I和目标扭矩(理想扭矩Ti)的函数600用来确定功率系数Cp变为最大的理想扭矩凡。目标扭矩确定单元42基于理想扭矩确定单元41获得的理想扭矩Ti来确定液压泵12的目标扭矩Td。在该过程中，理想扭矩确定单元42通过将理想扭矩确定单元41所获得的理想扭矩Ti乘以比例因子M，来计算调节的理想扭矩MTitl如所描述的一样确定的调节的理想扭矩MTi可以用作目标扭矩Td。比例因子M可以是O至I之间的任意数字，并优选地在O. 9至I之间。通过将理想扭矩Ti乘以比例因子M，调节的理想扭矩MTi稍微小于理想扭矩Ti,从而将转速减小了对应的量。因此，旋转轴8在强风期间更块地加速，相比没有使用比例因子M的情况，从而获得更多的电力。
另一方面，比例因子M致使旋转轴8更慢地减速，由此在风间歇期间偏离其最佳转速运行。然而，跟踪强风所获得的额外的电力远大于风间歇期间由于次最佳运行导致的电力损失。通过使用比例因子M来调节理想扭矩Ti,当风力能增大时可以抽取更多的风力能，从而改善了发电。泵目标输出确定单元43通过将转速测量仪32测量的旋转轴8的转速W,乘以调节的理想扭矩MTi,来确定液压泵12的目标输出功率s。液压泵的目标输出功率8可以基于液压信息来确定，所述液压信息例如为选择的液压泵12的净排量和高压油路中的油压Ps。泵目标输出校正单元44借助于调节器110基于来自发电厂控制器200的功率需求指令Sd，计算输出校正值“功率^/’。然后，泵目标输出校正单元通过将输出校正值“功率β ”加到液压泵12的目标输出功率s上而对目标输出功率s进行校正。功率需求指令Sd从风力涡轮发电机所属的风力发电厂以上述方式输入泵目标输出校正单元44。以此方式，基于功率需求指令Sd对目标扭矩Td进行校正，从而根据需求量获得功率输出。
马达目标输出确定单元45通过借助于一阶低通滤波器形式的校平模块对液压泵12的目标输出功率8进行校平，来计算液压马达14的目标输出功率接着，通过液压马达14的目标输出功率^^除以油压传感器31测量的测量油压Ps和转速测量仪36测量的液压马达14的测量转速Wm，马达目标输出确定单元45计算液压马达14的名义需求量Dn。同时，马达目标输出确定单元45计算的马达目标输出功率输入到马达需求量校正单元47。马达需求量校正单元47包括压力反馈控制器120，其通过使用可变的增益Kp来计算液压马达14的需求量校正值Db。高压油路中的油压Ps、可变的增益Kp和根据图9的目标压力函数(802、812、820)由目标输出功率马达获得的目标压力Pd被输入压力反馈控制器120，以获得用于校正名义需求量Dn的液压马达14的需求量校正值Db。根据图8描述的可变增益函数700，基于当前油压Ps处于容许范围内以及处于容许范围的第一和第二范围内何处计算可变的增益Kp。所述容许范围由油的高油压的最大值Pmax和最小值Pmin限定。在该过程中，通过扭矩余量Th除以可为液压泵14设定的最大泵需求量Dmax来计算最小值Pmin。稍后参考图7详细描述扭矩余量Th。液压马达14的排量需求量Dm为名义需求量Dn和需求量校正值Db的和。该优选实施例示出为具有用于压力反馈控制器120的比例控制器和用于校平模块112的一阶低通滤波器。还可以形成替代实施例。例如，压力反馈控制器120可以是比例积分控制器(PI控制器)，校平模块112和名义需求量Dn可以被一起移除。在这样的情况中，比例积分控制器是从一组备选控制器选出的，以增强输出对输入的跟踪。当积分增益足够低时，控制器用于校平风力能以产生校平的马达需求量校正值Db。图7示出了作为旋转轴8的转速(W^ 599)的函数600的气动理想扭矩(T，598)。函数600用于通过理想扭矩确定单元确定理想扭矩1\。理想扭矩Ti为相对于旋转轴8的转速I使功率系数Cp变成最大值的扭矩。当风速升高至风力涡轮发电机I开始运行的接通速度时，叶片回桨(unfeathered)并且任何机械制动都被释放。当转速W1^小于最小速度时(601,图7中的部分I)，理想扭矩大致为0，并且发电机加速达到最小速度，泵不施加任何扭矩。在部分II中，预先设定的增大扭矩剖面致使控制器单元命令液压泵施加增大的力，以稳定发电机的速度。用于具有固定叶片俯仰的风力涡轮发电机的最佳扭矩是风速或转子速度平方的函数。在对应于固定叶尖速比范围的部分III中，理想扭矩曲线沿着该最佳剖面使叶片俯仰至其最佳气动俯仰角。在部分IV中，发电机运行在最大运行速度附近，扭矩曲线变为陡峭的线性函数直至最大压力源的扭矩(额定的扭矩)。部分IV的目标在于，通过扭矩斜线上升至实质高于固定速度的其最大值603，来限制发电机的速度。在部分V中，从风力能输入的扭矩到达其最大的扭矩输出值，并且发电机运行在最大速度。在该区域中，通过实施俯仰控制来主动地控制发电机的转速，并且泵提供固定(最大)的输出扭矩。图7中用虚线示出了扭矩余量曲线610。在部分III中，扭矩余量示出为从最佳润轮扭矩等距偏移的二次函数，不过也可以是根据其他变量而不是旋转轴8的转速I的另外的函数。使用期间可以根据风况改变，例如关于强风或风间歇能的预期，基于历史经验或目前状况调节扭矩余量曲线610。
图8示出了作为压力P702的函数的典型的压力反馈控制器增益&700。高压油路中容许范围的最小值Pmin如刚才描述的一样随着旋转轴8的转速变化。图8示出了在低速704时的特性Kp函数和在高速706时的特性Kp函数。通过这样的方式，容许范围(由Pmin至Pmax限定)随着旋转轴的当前转速变化。当液压油的压力小于Pmin 708、710时，可变的增益Kp设定为最大增益1(_。在高压总管中的最大压力Pmax 714以上，可变的增益Kp设定为最大增益1(_。因此，当压力处于容许范围外时，马达排量Dm的净值被严格地控制，以使压力处于容许范围内。在位于Pmin和Pmax之间但不延伸至Pmin和Pmax任一个的第一范围716上，可变的增益Kp为固定的Kmin。在这样的情况下，可变的增益Kp的最小值Kmin不是0，但是足够小，使得压力基本上没有被调整。这具有的益处是，当高油压位于第一范围内时，压力能够变化很大以吸收能量至蓄能器或从其提取能量，同时仍然趋向于收敛至目标压力。换句话说，独立于高油压选择液压马达的工作流体的净排量。可变的增益Kp在其中改变的第二范围位于第一范围716与最小值Pmin以及最大值Pmax之间。在第二范围的最小值侧720和最大值侧722上，可变的增益Kp从Kmin线性地增加至Kmax。因此，当高油压接近容许范围的下限Pmin或上限Pmax时，压力调整的力度会逐渐增强。这样具有的优点是，当马达的净排量Dm被严格地控制以将高油压保持在容许范围内时，在使用中减小了高油压抵达那些极限中的任一个的可能性。图9示出了本发明可以实施的示例类型的目标压力函数。目标压力函数限定了用于压力反馈控制器120的目标压力，其为能量流或低通滤波形式800的波动的函数。函数的形状由很宽范围的变量来确定，以下将进行阐述。虚线802示出了第一目标压力函数，其中目标压力在横跨O功率与第一功率的第一区域(I)中等于或刚好大于固定的最小值压力pac;c;,min 804，目标压力在横跨第四功率810与最大额定功率功率马达,_的第五区域(V)中等于固定的最大压力Pniax 808，而在第一区域和第五区域之间随着功率线性地增加。最小预加压压力Pac;c;,min为压力的下限，在该压力下不足以柔顺地流体连接至高压油路，即小于蓄能器的预加压压力。最大压力Pmax指的是在考虑部件寿命和减压阀的设置的情况下，加压液压油的最大允许运行压力。因此，目标压力响应蓄能器、马达和液压泵、波动的能量流的特性。第一目标压力函数提供的益处是，在高功率状况(即第五区域V中)确保为泵提供施加最大扭矩至转子(包括旋转轴8)的足够压力。第一目标压力函数还进一步提供的益处是，确保在转子动能较低的第一区域(I)中，压力保持得足够低，使得泵启动单独的工作腔吸收的相关能量不足以施加太大的扭矩至风力涡轮发电机的叶片或其它部分上，然而压力仍然大于最小允许压力P—。用实线示出了第二目标函数812。该函数在区域I和V中与第一目标压力函数相似，但是还包括目标压力为最佳压力P最佳818的横跨第二功率814至第三功率816的第三区域(III)，以及分别横跨第一功率至第二功率以及第三功率至第四功率的第二区域(II)和第四区域(IV)，其在相邻的区域之间的目标压力中提供了平稳的改变。最佳压力
液压泵和液压马达(以及所有其它的液压部件)一起以最佳液压效率工作的压力。？》(^可 以通过实验、模拟或计算或其任意组合找到。泵和马达中的至少一个可以设计为在Piii上为最佳效率，其可以由设计者选择。因此，目标压力响应液压马达、液压泵和波动的能量流的特性。第二目标压力提供的益处是，确保传动尽可能地在最佳压力上进行并由此确保能量产出率最大化。图9中以虚线示出了第三目标压力函数820。该函数限定了在风力涡轮发电机的运行功率吞吐量水平的主要部分上，靠近最小系统压力而不是最大值的目标压力。第三目标压力函数的优点是，蓄能器一般处于较低的加压状态以最大化接收来自强风的能量的可用存储空间，并且还使风力涡轮发电机运行高速的流体流，而不是高压，其可以如期望地减小振动和噪声或增加了风力涡轮发电机的寿命。执行的具体目标压力函数可以在逐秒基础上相对于其它参数改变，其它参数例如根据外部源估算的吞吐量功率、风力涡轮发电机的部件的效率和估算寿命、风力涡轮发电机的开始或停止的需求或风力涡轮发电机的任意其它期望的运行模式。例如，当风速波动不大时，控制单元选择第二目标压力函数812，使得为了液压效率压力被典型地优化，然而当风为强风时，控制单元选择第三目标压力函数820，使得蓄能器能够吸收强风的能量。因此，根据预期从波动能量源接收的能量，目标压力以一定速率改变(减小)，该速率将致使高压油路中的压力超过一阈值(输入上第二范围720)。在另一个示例中，控制单元可以在第二目标压力函数(812)结束后选择第三目标压力函数(820)以响应探测到少量的泄漏，这是因为第三目标压力函数保持使泄漏相对不严重的较低压力，并且还不太可能弓I起主要的失效。当然控制单元可以将任意目标压力函数混合到一起，以产生在任何状况和位置优化的不限数目的变量。如上所述，在所述优选实施例中，马达目标输出确定单元45基于液压泵12的目标输出功率g来确定液压马达14的目标输出功率，基于其进行马达控制。因此，可以获得液压泵12的期望输出。马达需求量确定单元46基于液压马达14的目标输出功率^^确定液压马达14的排量需求量Dm，使得发电机20的转速保持不变，并且马达控制器48将液压马达14的排量调节为确定的排量需求量Dm。因此，即使液压泵14的目标输出被改变，也可以将发电机20的转速保持为相同。结果，发电机20可以产生固定频率的电力。目标扭矩确定单元42基于功率系数变为最大值的旋转轴8的理想扭矩确定液压泵12的目标扭矩Tp，并且泵目标输出确定单元45基于目标扭矩确定液压泵的目标输出功率^。因此，可以保持风力涡轮发电机I的发电效率。在理想扭矩确定单元41中，基于转速测量仪32测量的旋转轴8的测量转速获得理想扭矩，从而风力涡轮发电机实现了高效发电。转速测量仪32能够非常精确地测量旋转轴8的转速，并且因此通过基于旋转轴8的测量转速来确定理想扭矩，使液压马达14能够被适当地控制。还可以使用多个转速测量仪32测量的旋转轴8的测量转速的平均值。在这样的情况下，可以提高确定理想扭矩的精度，并且还可以消除转速测量仪本身、外部因素等导致的噪声。泵目标输出校正单元44基于来自发电厂控制器200的功率需求指令Sd，对液压泵12的目标输出功率8进行校正。结果，能够根据风力涡轮发电机I实际需要的电力来合适地进行发电。通过校平液压泵12的目标输出功率s可以获得液压马达14的目标输出功率结果，即使当液压泵12的输出剧烈地改变时，液压马达14的目标输出也平稳地改变，从而实现了发电机20稳定运行。·通过液压马达14的目标输出功率^^除以高油压Ps，马达需求量确定单元46确定液压马达14的名义需求量Dn，从而获得了保持发电机20的转速不变的名义马达需求量Dn。在该过程中，马达需求量确定单元46获得了用于调节高油压Ps的液压马达14的需求量校正值Db，并且所获得的需求量校正值Db加到名义马达需求量Dn上，以确定液压马达14的排量需求量Dm。结果，高油压Ps被确实地调节成更加接近目标压力Pd。当获得液压马达14的需求量校正值Db时，通过适当地设置根据油压Ps变化的可变的增益κρ，高油压Ps能够更接近目标扭矩Pd。在该过程中，通过根据图8中所描述的可变的增益函数获得可变的增益Kp，高油压Ps能够被保持在容许范围内。此外，依据是否应该校正液压马达14的需求量排量Dm，可以适当地确定液压马达14的需求量校正值Db。可以基于旋转轴8的转速和可为液压泵12设置的最大排量Dmax来确定容许范围的最小值Pmin，从而适当地设置容许范围的最小值Pmin，其对马达控制来说是一个很重要的因素。尽管已经参考示例性的实施例描述了本发明，然而对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下可以做出各种改变。例如，以上的优选实施例使用本发明应用于风力涡轮发电机的示例情形。然而，本发明还可以应用于潮流发电机。这里提及的潮流发电机为安装在诸如海洋、河流、湖泊之类的地方利用潮流能的发电机。除了转子2是由潮流转动而不是风转动外，潮流发电机具有与风力涡轮发电机I相同的基本结构。潮流发电机包括由潮流转动的转子2、用于增加转子2的转速的液压传动装置10、用于产生电力的发电机20和用于控制潮流发电机的每个单元的控制单元40。这里，潮流发电机的控制单元40基于液压泵12的目标输出功率^来计算液压马达14的目标输出功率^^,基于目标输出功率^^来确定液压马达14的排量需求量D111,并将液压马达14的排量调整为排量需求量Dm。因此，可以获得期望的液压马达输出，从而提高了发电效率。
在所述优选实施例中，阐述了示例性的情况，其中基于转速测量仪32测量的旋转轴8的转速I获得了功率系数变为最大值的理想扭矩1\。然而，这不是限制性的，还可以通过以下描述的替代方法获得理想扭矩凡。作为第一替代方法，可以基于根据转速测量仪32测量的旋转轴8的转速估算的风速来获得理想扭矩Ti。在这样的情况中，使用图10和图11中所示的Cp最大值曲线。(；最大值曲线储存在控制单元40的存储单元49中。图10示出了 Cp最大值曲线900，其中风速V位于水平轴上，旋转轴8的转速％位于竖直轴上。图11示出了 Cp最大值曲线902，其中旋转轴8的转速I位于水平轴上，液压泵12的目标扭矩位于竖直轴上。如果运行状态中功率系数Cp保持为最大值，那么基于图10所示的Cp最大值曲线900获得对应于测量转速I的风速V。并且根据图11所示的Cp最大值曲线902获得对应于上述估算的风速V的液压泵12的理想扭矩Ti。图11示出了当估算风速V* V2时确定液压泵12的理想扭矩Ti的示例性情况。
以此方式，基于从转速测量仪32测量的旋转轴8的转速估算的风速获得理想扭矩Ti，从而提高了风力涡轮发电机I的发电效率。当根据测量转速估算风速时，风速可以被非常精确地估算，从而准确地控制液压马达。可以使用不止一个转速测量仪32测量的旋转轴8的测量转速的平均值。在这样的情况中，提高了理想扭矩的计算精度，并且还消除了转速测量仪本身、外部因素等导致的噪声。在第二个替代方法中，可以基于风速仪33测量的风速获得理想扭矩凡。风速仪33测量风速，基于该风速获得理想扭矩，从而提高了风力涡轮发电机I的发电效率。由于直接由风速仪33测量风速，因此可以容易地计算理想扭矩。可以使用不止一个风速仪33测量的测量风速的平均值。在这样的情况中，提高了理想扭矩的计算精度，并且还能够消除风速仪本身、外部因素等导致的噪声。附图标记I风力涡轮发电机2 转子4 叶片6 轮毂8旋转轴10液压传动装置12液压泵14液压马达16高压油路18低压油路20发电机22 机舱24 塔架26 基座31压力测量仪32转速测量仪
33风速仪34环境温度传感器35油温传感器36转速测量仪40控制单元41理想扭矩确定单元42目标扭矩确定单元43目标扭矩校正单元
44泵需求量确定单元45泵需求量校正单元46泵控制器47存储单元50 电网52激励器54电网状态判定单元60 旁路62减压阀64抗脉动蓄能器66油过滤器68油冷却器70 油箱72补给管路74增压泵76油过滤器78返回管路79低压减压阀110调节器112校平模块120压力反馈控制器600Cp最大值曲线610扭矩余量曲线8O2, 8I2, 82O目标压力函数
权利要求
1.一种用可再生能源发电的可再生能类型的发电装置，包括 旋转轴，该旋转轴由可再生能源驱动； 液压泵，该液压泵由旋转轴驱动； 液压马达，该液压马达由液压泵供给的增压油驱动； 发电机，该发电机联接至液压马达； 高压油路，液压泵的出口侧通过该高压油路与液压马达的入口侧流体连通； 低压油路，液压泵的入口侧通过该低压油路与液压马达的出口侧流体连通； 马达目标输出确定单元，该马达目标输出确定单元基于液压泵的目标输出功率s来确定液压马达的目标输出功率; 马达需求量确定单元，该马达需求量确定单元确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速恒定；和 马达控制器，该马达控制器将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。
2.根据权利要求I的可再生能类型的发电装置，还包括 目标扭矩确定单元，该目标扭矩确定单元基于功率系数变成最大值的旋转轴的理想扭矩确定液压泵的目标扭矩Tp ;和 泵目标输出确定单元，该泵目标输出确定单元基于目标扭矩确定单元所确定的液压泵的目标扭矩Tp来确定液压泵的目标输出功率泵。
3.根据权利要求2的可再生能类型的发电装置，还包括 转速测量仪，该转速测量仪测量旋转轴的转速；和 理想扭矩确定单元，该理想扭矩确定单元根据测量的旋转轴的转速来确定旋转轴的理想扭矩。
4.根据权利要求3的可再生能类型的发电装置， 其中设置有多个转速测量仪，并且 其中理想扭矩确定单元根据转速测量仪测量的旋转轴的转速的平均值来确定旋转轴的理想扭矩。
5.根据权利要求2的可再生能类型的发电装置，还包括 转速测量仪，该转速测量仪测量旋转轴的转速；和 理想扭矩确定单元，该理想扭矩确定单元根据可再生能源的能量流的估算速度来确定旋转轴的理想扭矩，其中可再生能源的能量流的估算速度根据测量的旋转轴的转速来估笪ο
6.根据权利要求5的可再生能类型的发电装置， 其中设置有多个流速测量仪，并且 其中所述能量流的估算流速根据转速测量仪测量的旋转轴的转速的平均值来估算。
7.根据权利要求2的可再生能类型的发电装置，还包括 速度测量仪，该速度测量仪测量可再生能源的能量流的速度；和 理想扭矩确定单元，该理想扭矩确定单元根据测量的能量流的速度来确定旋转轴的理想扭矩。
8.根据权利要求7的可再生能类型的发电装置， 其中设置有多个速度测量仪，并且其中理想扭矩确定单元根据速度测量仪测量的能量流的速度的平均值来确定旋转轴的理想扭矩。
9.根据权利要求2的可再生能类型的发电装置，还包括 泵目标输出校正单元，该泵目标输出校正单元基于来自可再生能类型的发电装置所属的发电厂的发电厂控制器的功率需求指令，对液压泵的目标输出功率s进行校正。
10.根据权利要求I的可再生能类型的发电装置， 其中马达目标输出确定单元包括低通滤波器，该低通滤波器对液压泵的目标输出功率s进行校平，以获得液压马达的目标输出功率
11.根据权利要求I的可再生能类型的发电装置， 其中马达需求量确定单元基于名义马达需求量Dn来确定液压马达的排量需求量Dm，其中该名义马达需求量Dn通过液压马达的目标输出功率^^除以液压马达的转速和高压油路中的油SPs而得到。
12.根据权利要求11的可再生能类型的发电装置， 其中马达需求量确定单元获得了用于将高压油路中的油压Ps向着目标油压Pd调节的需求量校正值Db，该目标油压Pd基于液压马达的目标输出功率^^确定，并且 其中马达需求量确定单元根据名义马达需求量Dn与需求量校正值Db的和来确定液压马达的排量需求量Dm。
13.根据权利要求12的可再生能类型的发电装置， 其中马达需求量确定单元通过将油压匕和目标油压Pd之间的差值乘以可变的增益κρ，获得了需求量校正值Db，其中可变的增益Kp根据油压Ps变化。
14.根据权利要求13的可再生能类型的发电装置， 其中可变的增益Kp设置成当油压Ps不高于高压油路中的油压的容许范围的最小值Pmin或不低于容许范围的最大值Pmax时，可变的增益Kp为最大值Kmax ;并且当油压Ps位于高压油路中的油压的容许范围的最小值Pmin和最大值Pmax之间时，油压Ps变得越接近最小值Pniin或最大值Pniax,可变的增益Kp增加越多。
15.根据权利要求14的可再生能类型的发电装置， 其中基于旋转轴的转速和可为液压泵设置的最大排量Dmax来确定容许范围的最小值Pmin°
16.根据权利要求2的可再生能类型的发电装置，还包括 环境温度传感器，该环境温度传感器测量发电装置的环境温度， 其中基于测量的环境温度对旋转轴的理想扭矩进行校正。
17.根据权利要求I的可再生能类型的发电装置，还包括 油温传感器，该油温传感器测量高压油路中的油温；和 马达需求量校正单元，该马达需求量校正单元基于高压油路中的测量的油温对液压马达的排量需求量Dm进行校正。
18.根据权利要求I的可再生能类型的发电装置， 其中所述发电装置为通过为可再生能源的风发电的风力涡轮发电机。
19.一种可再生能类型的发电装置的运行方法，所述发电装置包括旋转轴，该旋转轴由可再生能源驱动；液压泵，该液压泵由旋转轴驱动；液压马达，该液压马达由液压泵供给的增压油驱动；发电机，该发电机联接至液压马达；高压油路，液压泵的出口侧通过该高压油路与液压马达的入口侧流体连通；和低压油路，液压泵的入口侧通过该低压油路与液压马达的出口侧流体连通，所述方法包括以下步骤 基于液压泵的目标输出功率s来确定液压马达的目标输出功率确定液压马达的排量需求量Dm，使得发电机的转速恒定；和将液压马达的排量调节为所确定的排量需求量Dm。
全文摘要
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种可再生能类型的发电装置以及运行这样的装置的方法，该装置能够获得期望的液压马达输出和稳定的发电而不考虑可再生能的变化。所述用可再生能源发电的发电装置包括旋转轴8，该旋转轴由可再生能源驱动；变量式液压泵12，该液压泵由旋转轴8驱动；液压马达14，该液压马达由液压泵12供给的增压油驱动；发电机20，该发电机联接至液压马达14；高压油路16，液压泵12的出口侧通过该高压油路与液压马达14的入口侧流体连通；低压油路18，液压泵12的入口侧通过该低压油路与液压马达的出口侧流体连通；马达目标输出确定单元45，其基于液压泵的目标输出功率泵来确定液压马达14的目标输出功率马达；马达需求量输出确定单元46，其基于液压马达14的目标输出功率马达确定液压马达14的排量需求量Dm，使得发电机20的转速恒定；和马达控制器48，该马达控制器将液压马达的排量调节为所述排量需求量Dm。
文档编号F03D9/00GK102884312SQ201180023090
公开日2013年1月16日 申请日期2011年5月30日 优先权日2010年5月28日
发明者一瀬秀和, 堤和久, 清水将之, N.考德威尔, D.杜姆诺夫, W.拉姆彭, S.莱尔德, V.帕帕拉 申请人:三菱重工业株式会社