液压变桨驱动系统的制作方法

1.本发明在一方面涉及一种用于控制风力涡轮机的转子上叶片的叶片变桨角的液压变桨驱动系统。在另一方面，本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括具有一个或多个叶片的转子和用于控制转子叶片的叶片变桨角的液压变桨驱动系统。在又一方面，本发明涉及一种液压变桨驱动系统的控制方法，该液压变桨驱动系统用于控制风力涡轮机的转子上叶片的叶片变桨角。


背景技术：

2.风力涡轮机具有转子，用于将风能转换成围绕转子轴的旋转运动。来自旋转运动的能量能够通过转换器转换成有用的能量，该转换器通常是用于产生供应给电网的电能的发电机。通常，转换器和其他设备被布置在塔顶的所谓的机舱中。转子具有安装在转子轴上的轮毂和至少一个安装在该轮毂上的叶片。轮毂包括轮毂外壳，该轮毂外壳通常可从内部进入，以便进行检修和维修作业。现代风力涡轮机通常设有变桨系统，从而允许叶片相对于轮毂围绕叶片轴旋转，以便控制叶片相对于轮毂的叶片变桨角β。叶片轴相对于转子轴径向向外延伸，并且顺着叶片的纵向轴。一个或多个叶片的根部经由变桨系统安装到轮毂外壳的附接法兰上。一个典型的变桨系统包括变桨轴承，该变桨轴承的固定部分被配置为将变桨轴承与轮毂联接，并且其可移动部分被配置为将叶片与变桨轴承联接。此外，该变桨系统通常包括致动器和变桨控制系统，该致动器用于驱动变桨运动，而该变桨控制系统用于根据来自风力涡轮机控制器的叶片变桨请求，对该变桨运动进行控制。叶片变桨运动请求可以包括用于设置叶片变桨角β和/或其时间导数(即，速度dβ/dt和/或加速度d2β0/dt2)的指令。此类指令通常可以包括用于叶片变桨定位的目标值，诸如目标叶片变桨角β0和/或其时间导数，即，目标速度dβ0/dt和/或所请求的叶片变桨运动的目标加速度d2β0/dt2。
3.一类重要的现代变桨驱动系统采用液压致动对包括转子的风力涡轮机上的可调叶片变桨角进行控制，该转子具有一个或多个、或至少两个叶片，并且通常具有三个叶片。在每个叶片的根部布置有液压变桨驱动器。变桨驱动器为围绕叶片纵轴的变桨旋转提供了可旋转的轴承。每个叶片的变桨旋转借助于一个或多个、通常一个或两个线性液压缸进行液压致动，其中每个液压缸的一端附接到转子的轮毂上，另一端附接到叶片上。通过使液压缸扩张和收缩，固定在叶片上的轴承零件因此能够相对于固定到转子轮毂上的轴承零件进行旋转，从而能够调整叶片变桨。
4.对具有可调叶片变桨角的风力发电机的安全性、可靠性和高效运行而言，液压部件的正确尺寸调整和液压变桨驱动系统的设计压力被认为至关重要。然而，对系统中部件的尺寸和相应的设计压力的选择可能涉及到平衡竞争标准。此外，液压变桨驱动器的设计直接影响到风力涡轮机的初始部件成本以及运行和拥有成本。因此，需要为液压变桨驱动系统的设计者增强设计灵活性。
5.us 2019/0055922 a1公开了一种用于风力发电机叶片变桨的变桨控制系统。us2019/0055922a1描述了一种辅助变桨力子系统，该系统能够提升液压活塞的由主变桨力
子系统控制的变桨力。然而，启动us 2019/0055922 a1所述的辅助子系统会缩短液压活塞的寿命，除非根据对未来过大载荷的预测，并且在预测到要出现过大载荷之前将其启动。因此，该系统需要一种带有预测模块的附加控制层，如此一来，增加了系统的复杂性。此外，当控制系统无法正确预测特定的过大载荷情况，而是以响应模式运行时，启动us 2019/0055922 a1所述的辅助子系统仍然会缩短液压活塞的寿命。
6.ep2458201a1公开了另一种液压叶片变桨系统，该系统用于对风力涡轮机转子的单个叶片的变桨进行控制。该液压叶片变桨系统可以具有冗余的线性液压致动器，这些致动器被布置成并行运行。在一个实施例中，ep2458201a1所述的系统提供了单向阀，该单向阀可控制到打开位置，使得液压致动器的活塞连杆腔的液态内容物能够通过主控制阀排到低压油箱管道，而不是将液压油从活塞连杆腔再循环到高压回流管道，以防在液压致动器的活塞上要求更高的压力差。无论如何，ep2458201a1没有解决此类运行模式对液压缸造成的寿命缩短问题。
7.因此，仍然需要一种在不牺牲安全性和可靠性的情况下、具有更高的效率、更高的响应速度和/或降低的成本的液压变桨驱动系统。
8.鉴于这些需求，本发明的目的是与已知的具有辅助变桨力布置的液压变桨驱动系统相比，改进液压变桨驱动系统，或者至少提供一种替代方案。


技术实现要素：

9.根据一个方面，本发明的目的是通过根据权利要求1所述的用于控制风力涡轮机的转子上的叶片变桨角的液压变桨驱动系统实现的，该液压变桨驱动系统的有利实施例如从属权利要求所定义的并且如本文所公开的。
10.根据一个广泛的方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的转子上的叶片变桨角的液压变桨驱动系统，该变桨驱动系统包括：
11.液压缸，该液压缸具有活塞侧a和连杆侧b，该液压缸被布置成致动叶片变桨旋转；
12.第一液压比例阀v3，该第一液压比例阀v3被布置成响应于初级控制信号s3，对液压油从压力端口p流到该液压缸的液流进行控制；其中在该液压缸的伸出模式下，该压力端口p经由该第一液压比例阀v3与该液压缸的该活塞侧a连接；其中该液压缸的该连杆侧b经由阀v6与该压力端口p连接；
13.第一控制模块，该第一控制模块被配置为响应于叶片变桨角定位请求，提供该初级控制信号s3；
14.第二液压比例阀v4，该第二液压比例阀v4被布置成响应于二级控制信号s4，在不依赖于该第一液压阀v3的情况下，对该液压油从该连杆侧b流到油箱端口t的液流进行控制；和
15.第二控制模块，该第二控制模块被配置为提供该二级控制信号s4，以便在该液压缸的伸出模式下对该第二液压比例阀v4进行控制。
16.第二液压比例阀v4根据控制方案进行控制。该控制方案能够在第二控制模块中实现。
17.由此实现的液压控制逻辑在液压缸的伸出模式下提供了两种运行模式。在初级伸出运行模式下，来自连杆侧b的加压液压油通过阀v6再生到液压变桨驱动系统的压力端口
p。在初级伸出运行模式下，连杆侧压力p3基本上与压力端口p处的第一压力相对应。因此，确保了正常载荷条件下的有效运行。在二级伸出运行模式下，根据二级控制信号s4，以受控方式降低连杆侧压力p3，该二级控制信号s4在第二控制模块中根据控制方案生成。通常，该控制方案识别出存在或预期有高载荷的情况，或等同于要求或预期有快速伸出的情况。一旦确定了这种情况，就能够控制二级阀(增力阀)，通过使液压油以受控的方式返回到油箱端口，相应地降低连杆侧压力。因此，在液压缸的伸出模式下提供了一种增力模式，从而例如在响应性、以及给定的液压变桨驱动系统能够处理的峰值载荷方面，改进系统性能。在设计阶段，当根据给定的设计性能规格设计液压变桨驱动系统时，性能改进提供了尺寸调整优势，从而能够降低系统成本和/或提高性能。
18.需要提升变桨力的情况能够通过处理来自液压变桨系统的测得参数来确定，诸如液压压力值、缸体位置、速度或加速度、初级阀v3的实际阀芯位置，或指示液压变桨驱动系统上的时间相关载荷曲线的状态的类似参数。处理能够包括：积累测得数据的历史，以及应用估计算法，诸如涉及内插法、外推法或更复杂的预测算法。可替代地或除此之外，还能够从由液压变桨驱动系统从风轮机控制器收到的指令或定位请求中确定出需要增力的情况，如也在以下进一步详细说明的。
19.增力式二级伸出运行模式并非一直处于活动状态，而是能够根据控制方案，例如基于指示缸体载荷的参数，按需临时应用。因此，本发明的一个令人惊讶的发现在于，高效的再生式初级伸出运行模式能够在大部分时间内保持活动状态；而增力式二级伸出运行模式只在很短的时间内以瞬时的方式被激活。因此，令人惊讶的是，上述性能/尺寸调整方面的优势并没有以牺牲液压效率为代价，而是变成了一种可行的设计选项。
20.通过提供第二液压阀v4作为液压比例阀，能够实现在伸出运动过程中在高载荷(或高速度)的情况下对连杆侧压力进行动态控制，如以下进一步详细说明的。
21.本发明的一个有利的方面提供了一种用于控制风力涡轮机的转子上的一个或多个叶片的叶片变桨角的液压变桨驱动系统，该变桨驱动系统包括：
22.液压缸，该液压缸具有活塞侧a和连杆侧b，该液压缸被布置成致动叶片变桨旋转；
23.第一液压比例阀v3，该第一液压比例阀v3被配置为响应于初级控制信号s3，对液压油从压力端口p流到液压缸的液流进行控制；其中在液压缸的伸出模式下，压力端口p经由第一液压比例阀v3与液压缸的活塞侧a连接；
24.第一控制模块，该第一控制模块被配置为响应于叶片变桨角定位请求，产生初级控制信号s3；其中液压缸的连杆侧b经由止回阀v6与压力端口p连接，用于加压液压油的再生；其中连杆侧b进一步经由第二液压比例阀v4与油箱端口t连接；其中第二液压比例阀v4被配置成响应于二级控制信号s4，在不依赖于第一液压阀v3的情况下，对液压油从连杆侧b流到油箱端口t的液流进行控制；和
25.第二控制模块，该第二控制模块被配置为提供该二级控制信号s4，以便在该液压缸的伸出模式下对该第二液压比例阀v4进行控制。
26.初级控制信号s3用于控制第一液压比例阀v3，以根据由变桨驱动系统接收的叶片变桨角定位请求，对液压缸进行操作。依据第一液压比例阀v3的阀位置，对液压缸进行加压以使其伸出或缩回，从而满足无论是对位置、定位速度和/或对加速度的定位请求。液压缸以已知的方式安装在可旋转的变桨轴承上，以便致动可移动的叶片侧部分相对于固定的轮
毂侧部分的旋转。液压缸的伸出和缩回致使可移动部分相对于固定部分旋转。因此，液压缸的线性位置x直接映射到相应的旋转角，或叶片变桨角β。因此，液压变桨驱动系统的第一控制模块适用于响应于通常来自风力涡轮机的风力涡轮机控制器的叶片变桨角定位请求，通过生成初级控制信号s3来控制叶片变桨角。
27.第二控制模块适用于产生控制信号s4，并且在液压缸伸出期间，即在伸出模式下，将控制信号s4应用于第二液压比例阀v4。因此，该系统被进一步配置为在液压缸的伸出运动过程中，根据在第二控制模块中实施的控制方案，以受控方式打开和关闭第二比例阀v4。在缩回模式期间，二级阀v4被关闭。
28.在伸出模式下，压力端口对液压缸的活塞侧进行加压。当二级比例阀v4在伸出模式下关闭时，加压的液压油通过止回阀从活塞侧再生到压力端口，通常是到与压力端口连接的蓄能器布置，从而允许叶片变桨致动在正常的运行条件和载荷下良好响应，实现高效运行。
29.当二级比例阀在伸出模式下响应于从第二控制模块接收的二级控制信号而被打开时，液压缸连杆侧的压力被降低，从而增加了液压缸能够提供的最大力。然而，与例如开/关阀或安全阀启动并迅速将连杆侧液压油排入油箱的紧急停止相比，本发明的二级阀被设想为比例阀，该比例阀以受控方式打开(和关闭)，以便以允许根据叶片变桨系统的运动学约束进行持续、稳定和响应式运行的方式，根据控制方案来计量流量，当液压叶片变桨系统处于持续叶片变桨控制的运行模式时也是如此。为了允许进行简单且可预测的控制，在伸出模式期间，通过第二比例阀v4从连杆侧b流到油箱端口t的液流不穿过v3，即绕过v3，因此与第一液压比例阀v3无关。
30.第二控制模块区分正常载荷运行和高载荷运行，在正常载荷运行中，二级阀保持关闭，并且液压油从连杆侧再生到压力端口；在高载荷运行中，二级阀受控对穿过第二液压比例阀从连杆侧流到油箱端口的液流进行计量。特别地，第二控制模块适用于在伸出模式下设置二级信号s4，以便在缸体载荷的朝向与液压缸的伸出方向相反时，即当液压缸在液压运行的第一象限运行时，对从连杆侧到油箱的泄漏流进行计量。
31.有利地，第二控制信号适用于当第二控制模块确定出液压缸上的外部载荷的朝向与液压缸的伸出方向相反时，更特别地，当确定出的载荷或指示该缸体载荷的载荷参数超过预定的阈值时，对穿过第二液压比例阀从连杆侧流到油箱端口的液流进行计量。更有利地，根据控制方案调整从连杆侧流到油箱端口的液流的流速和/或总量。该控制方案有利地包括预定的控制稳定规则，用于设置通过二级控制阀v4泄漏到油箱的流速和/或总量。
32.该系统的一个优点是，该系统允许根据例如在较长的时间范围内确定的正常运行载荷对液压部件的尺寸进行设置，但还提供了动态储备，以应对高载荷情况，高载荷情况通常是瞬态的，即与正常运行相比，只持续很短的时间。瞬时高峰载荷可以是可预测的，并且以预定的方式进行处理，或者瞬时高峰载荷也可以是随机发生的，但能够在运行期间进行动态检测和处理。
33.例如，在没有二级比例阀的再生系统中，以下两个参数是确定液压缸尺寸的决定性因素：再生运行期间的最大伸出力f_op,ext；和紧急停止期间的最大伸出力f_em,ext。在正常载荷再生运行下的伸出运动过程中，连杆侧的压力与压力端口的压力相对应，并且最大力f_op,ext能够确定为压力端口p处供应的压力p1乘以液压缸的连杆位置的横截面积的
积，即a_rod.f_op,ext＝p1.a_rod。然而，在紧急停止期间，连杆侧的油被排到油箱端口，并且连杆侧的压力能够下降到油箱压力。在紧急停止期间，最大伸出力f_em,ext则能够被确定为在压力端口p处提供的压力p1乘以液压缸的缸膛的横截面积的乘积，即a_bore.f_em,ext＝p1.a_bore。缸膛面积a_bore和连杆位置面积a_rod之间的差值被表示为环面积a_ring。a_ring也是用于能够达到的最大缩回力的决定性参数，其中相对于连杆位置面积，相对更大的环面积提供了更大的最大缩回力。
34.对于用于液压变桨驱动系统的给定设计规格，根据本发明的实施例的对从连杆侧直接流到油箱端口的泄漏流进行的主动计量式控制，允许对液压缸的尺寸进行比其他方式更有利设置。通过提供附加的动态力储备用于应对如上讨论的高载荷情况，液压缸的尺寸能够根据用于正常载荷运行的较低要求值来设置，而不影响持续的叶片变桨控制运行所需的高效和响应性运行。特别地，对于由缩回力要求决定的给定环形面积，在运行过程中最大伸出力越小，则允许使用的连杆直径越小，从而允许使用具有更小缸膛的缸体。因此，本发明的尺寸调整优势也有利于相反的情况，即对于缸体的给定缸膛尺寸，减小连杆的直径相应地增加了环面积，从而实现缩回力的增加。
35.如已指出的，当液压变桨驱动系统处于持续的叶片变桨控制运行状态时，该系统特别有用。叶片变桨控制运行状态特别地用于在风力涡轮机能源生产期间对叶片变桨进行控制。在叶片变桨控制运行状态下，不断收到不同的定位请求，以便在风力涡轮机运行期间持续地优化生产。通过在正常运行条件下再生加压油，并且只在伸出运动遇到高载荷的情况下计量流到油箱端口的泄漏液流的受控量，因此能够针对液压缸的给定尺寸实现改进的响应性。
36.如上所提及的，来自连杆侧b的、通过第二液压阀v4所计量的流到油箱端口t的液压油流，不经过第一液压比例阀v3，因此与第一液压比例阀v3无关。尽管如此，例如，与指示并行缸体伸出运动的参数相结合，能够测量v3的实际阀槽位置，并用其确定是否存在过大载荷情况。因此，v3的阀槽位置能够有利地作为传感器输入，用于确定指示缸体载荷的载荷参数，然后该参数能够用于产生适当的二级控制信号s4。
37.阀v6用于防止压力端口p与油箱端口t之间发生液压短路。同时，v6允许液压油从液压缸的连杆侧b流向压力端口p，以便将加压的液压油再循环到液压变桨驱动系统的泵和/或蓄能器布置。阀v6和第二液压比例阀v4的阀布置以组合方式进行配置，使得当第二液压比例阀v4被打开使按比例控制的液压油流排放到油箱端口时，一旦连杆侧压力p3下降到与压力端口压力p1相对应的预定值加上可选的阀偏压以下，则通常停止经由阀v6从连杆侧b到压力端口p的液压油回流。这能够通过任何合适的方式实现。例如，止回阀v6可以是单向阀或偏置单向阀。阀v6也能够提供为主动控制式开/关阀，该阀也能够例如响应于指示阀v6上的压力差的输入参数，通过第二控制模块进行控制；或者也能够提供为任何其他止回阀，该阀只有在当连杆侧压力p3至少超过压力端口压力p1(加上可选的阀偏压)时，才允许液压油从连杆侧b流向压力端口p，并且当连杆侧压力低于该阈值压力时，阻止任何从压力端口p流向连杆侧b的回流。当通过第二液压比例阀v4计量来自连杆侧的液压油时，连杆侧压力p3下降到压力端口压力p1以下，并且从连杆侧b流向压力端口p的液流停止。相反，液压油通过油箱端口流到油箱贮槽。
38.此外，v4的入口在连杆侧口b和阀v6之间分流。因此，当连杆侧压力低于阈值压力
p_th时，v4和v6的组合布置防止了从压力端口p流向油箱端口t的流量出现任何短路，同时可以很好地控制连杆侧压力p3的降低，以提供充分增强的变桨力储备。通过这种布置实现的良好的压力控制，能够避免系统中的液压致动器的压力差突然发生变化，而同时确保实际致动器的位置相对于参考位置的可靠和快速跟踪性能，该参考位置是由变桨控制器响应于叶片变桨角的请求而设定为目标的。
39.通过第二比例阀v4流向油箱的液压油的量和速率，由二级控制信号s4根据预定的控制方案进行控制。该控制方案可以是任何合适的控制方案，诸如开环方案或闭环方案。例如，在开环控制方案中，能够在一个受控的时间间隔内，在控制事件/被满足标准的触发下，打开第二比例阀v4，并且能够对第二比例阀v4的阀开度进行控制，以液流允许在给定的时间长度内以给定的流速流动。流速和/或时间长度能够依据以下所述的任何一个或多个输入参数动态地确定：诸如液压压力、用于定位参数的实际值和目标值、第一比例阀位置和叶片方位角。在闭环控制方案中，根据基于当前值和控制参数的参考值之间的比较而确定的误差信号，能够对第二比例阀v4的开度进行控制和动态调整，所述控制参数基于以下所述的任何一个或多个输入参数而确定：诸如液压压力、用于定位参数的实际值和目标值、第一比例阀位置和叶片方位角。
40.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，确定该二级控制信号s4，以便响应于指示该液压变桨驱动系统的当前操作状态的一个或多个参数，对该第二液压比例阀v4的设定点进行控制。
41.该系统能够包括适用于监测指示液压变桨驱动系统的当前运行状态的一个或多个实时参数的装置，该参数为诸如以下一种或多种：压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，目标叶片变桨角β0和/或其时间导数dβ0/dt或d2β0/dt2，或叶片方位角α。作为替代或除此之外，该系统可适用于与一个或多个外部监测装置进行通信，以便接收此类实时参数作为输入。因此，能够将实时运行状态参数提供给液压变桨驱动系统的第一和第二控制模块。通过响应于指示当前运行状态的实时参数来控制第二液压比例阀v4的设定点，液压变桨驱动系统能够响应任何外部载荷场景，包括由外部事件(无论这些事件是否可预测)引起的过大载荷场景。如以下进一步提及的，如果实施后使得第二液压比例阀v4响应于一个或多个运行状态参数或由此得出的数量导数超过阈值而打开，则这是特别有利的，该阈值代表在给定液压变桨驱动系统的额定蓄能器运行压力p1下，低于给定液压变桨驱动系统的最高力水平f_op的缸体载荷f
l
。因此，能够以连续的方式保持充足的变桨力储备，从而允许液压变桨驱动系统进行稳定和精确的跟踪响应，而不会使叶片变桨致动运动出现不良且危险的中断。如也在以下详细说明的，这一点通过本发明的实施例得到了进一步实现，而不会出现将极大地影响系统中液压部件的使用寿命的有害压力跃变。因此，本发明提供了一种稳定且精确的跟踪式液压变桨力系统，与已知的系统相比，该系统可以持续使用，而不会因为需要预测液压变桨力系统的未来载荷而受到阻碍。特别地，支持和/或有助于这些优点的实施例可以包括下面讨论的一个或多个实施例。
42.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，控制信号s4是根据液压缸上的缸体载荷确定的。二级控制信号s4能够根据液压缸伸出期间变桨驱动系统的运行状态参数来确定。因此，根据运行状态参数的值，能够对通过第二液压比例阀v4的液流进行控制。运
行状态参数是指示在伸出期间作用于液压缸的载荷的参数。表示缸体载荷的载荷参数能够用任何合适的方式来确定，例如，基于液压变桨驱动系统的测得的、估计的和/或预定的运行参数，如以下进一步详细说明的。通过根据缸体载荷主动控制第二比例阀v4，能够以优化的方式控制动态力储备，使泄漏到油箱端口的液压油量保持在最低水平。
43.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，二级控制信号s4能够关于一个或多个阈值来确定。
44.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该阈值能够针对系统监测的一个或多个实时参数，或其任何组合来设置。
45.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该一个或多个阈值能够基于以下一项或多项确定：压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，目标叶片变桨角β0和/或其时间导数dβ0/dt或d2β0/dt2，或叶片方位角α。
46.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4能够被配置为使得响应于指示该缸体载荷f
l
超过第一阈值的参数，打开该第二液压比例阀v4。
47.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该控制信号s4能够基于指示该缸体载荷f
l
的该参数与该第一阈值之间的差值确定。
48.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4能够被配置为使得响应于指示该缸体载荷f
l
下降到该第一阈值以下的参数，关闭该第二液压比例阀v4。
49.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，第一阈值能够代表小于最大缸体载荷f
l,max
的第一阈值缸体载荷f
l,open
，诸如在最大缸体载荷f
l,max
的50％-90％、或55％-85％、或60％-80％范围内的第一阈值缸体载荷f
l,open
。
50.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，第二阈值能够代表小于第一阈值缸体载荷f
l,open
的第二阈值缸体载荷f
l,close
。
51.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，第二阈值能够代表小于第一阈值缸体载荷f
l,open
的第二阈值缸体载荷f
l,close
，诸如在最大缸体载荷f
l,max
的1％-20％、或5％-25％、或10％-20％的范围内的、第二阈值缸体载荷f
l,close
和第一阈值缸体载荷f
l,open
之间的差值。
52.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4是基于以下一项或多项来确定的：压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，该液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，目标叶片变桨角β0和/或其时间导数dβ0/dt或d2β0/dt2，或叶片方位角α。
53.使用单一参数作为确定二级控制信号的控制参数，提供了一个简单而有效的控制方案，这对于相对直白的运行条件特别有用，这能够进一步降低对控制的精度要求。例如，假设第一压力p1在各个工作模式下保持相对稳定，则高载荷情况能够根据第二压力p2的增加或例如超过给定阈值的较高值来确定。另一个简单的参数仅仅是由致动器的几何形状决定的，该参数是液压缸的线性伸出力已知会导致低扭矩时的目标叶片变桨角。然后，第二控制模块能够响应于此目标叶片变桨角，确定二级控制信号，以便相应地打开第二比例阀。同样，指示较高叶片变桨控制速度的目标速度请求、或指示由于重力或空气动力导致的变桨
轴承中的高载荷的叶片方位角，都可用于确定用于打开第二比例阀的相应二级控制信号，以便以更高效且反应更迅速的方式应对这种情况。
54.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4是基于以下两项或更多项的组合确定的：该压力端口p处的第一压力p1，该活塞侧a处的第二压力p2，该连杆侧b处的第三压力p3，该液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，目标叶片变桨角β0和/或其时间导数dβ0/dt、d2β0/dt2，或叶片方位角α。
55.通过采用两个或多个参数的组合来确定二级控制信号，能够实现对通过第二比例阀的液流的更精确控制。此外，能够更精确地确定指示当前载荷的参数，并将其用于动态控制第二比例阀，以便以受控方式降低连杆侧压力p3，从而提高定位响应。
56.例如，观察到的目标值与连杆的位置和/或速度、或相应的叶片变桨角的实际值之间的差异，也能够用于控制第二比例阀，以实现更灵敏和精确的控制行为。此外，例如在没有载荷的情况下，基于系统行为的参考映射，将观察到的第一比例阀v3的阀槽位置y与连杆的速度或相应的叶片变桨角的实际值进行比较，能够显示出与参考映射的显著偏差。然后，在一个相对简单、低成本但精确的控制方案中，能够将观察到的偏差用作指示缸体载荷的参数。
57.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4是基于该压力端口p处的第一压力p1与该液压缸的该活塞侧a处的第二压力p2之间的差值确定的。当分别在第一比例阀v3的每一侧伸出期间测量时，确定第一和第二压力p1和p2之间的差值提供了对系统中当前载荷的精确指示。因此，响应于指示所述差值的控制信号s4，通过控制第二比例阀v4的开度来相应地调整连杆侧压力p3，实现了液压变桨驱动系统的精确且响应迅速的控制行为。
58.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，确定二级控制信号s4包括测量以下一项或多项：压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，该第一液压比例阀v3的阀槽位置y、叶片变桨角β和/或其时间导数dβ/dt、d2β/dt2，或叶片方位角α。例如在闭环控制方案中，通过测量一个或多个用于确定二级控制信号的输入参数，允许根据测得的运行参数，在伸出运动期间动态地控制第二比例阀v4的阀设置。由此，实现了对控制行为的高度精确的动态响应。
59.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，确定控制信号s4包括估计以下一项或多项：压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，叶片变桨角β和/或其时间导数dβ/dt、d2β/dt2，或叶片方位角α。因此，使用相对简单的方法实现了对液压变桨驱动系统的控制行为中的响应性的改进。
60.估计可以包括任何合适的估计技术，诸如内插法、外推法、预测算法、训练算法、学习算法、计算和/或使用预定函数(诸如参数化函数)的近似法。估计可以作为上述参数中一个或多个的输入值，诸如压力端口p处的第一压力p1，活塞侧a处的第二压力p2，连杆侧b处的第三压力p3，液压缸的连杆位置x和/或其时间导数dx/dt或d2x/dt2，目标叶片变桨角β0和/或其时间导数dβ0/dt或d2β0/dt2，第一液压阀v3的滑槽位置，或叶片方位角α中一个或多个的输入值。
61.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该控制信号s4是基于实际值与指示该缸体载荷的参数的预定参考值之间的比较来确定的。因此，使用参数值到参考值的预定映射，能够在伸出模式期间以简单的方式确定偏差，并且能够使用该偏差对第二比例阀被关闭的正常运行模式与第二比例阀根据观察到的偏差被打开的高载荷情况进行区分。由此，以一种简单但可靠且高效的方式增强了液压变桨驱动系统的响应性。
62.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该二级控制信号s4是响应于预定的操作指令，诸如响应于叶片变桨顺桨指令而选择性地确定的。由此，对于可预测的载荷情况，特别简单地改进了液压变桨驱动系统的响应性。
63.以下是液压变桨驱动系统的有利实施例，该系统具有不同的有利的阀布置用于实施第二比例阀v4并进一步实现紧急功能，以便在紧急停止的情况下直接将液压油从连杆侧冲到油箱端口。
64.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该第二液压比例阀v4是以下之一：常开流量控制阀、常闭流量控制阀、常开压力控制阀、常闭压力控制阀。由此，实现了一种简单且具有成本效益的实现方式，而且还能够通过软件控制以灵活的方式进行配置。
65.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该第二液压比例阀v4是常开阀，该常开阀被配置为在断电时提供从该连杆侧b到该油箱端口t的完全开放连接，该开放连接适用于紧急停机。由此，实现了一种简单且具有成本效益的实现方式，并降低了系统的复杂性。
66.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该第二液压比例阀v4是常闭阀v4b，并且其中该液压变桨系统还包括旁通阀结构v4a，当该旁通阀结构v4a断电时，该旁通阀结构v4a提供从连杆侧b到液压油端口t的、与第二液压比例阀v4b平行的开放连接，该开放连接适用于紧急停止。由此，由于在单独的阀部件中分离了阀功能，所以实现了具有改进可靠性的实现方式。
67.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，该第二液压比例阀v4是液压先导压力控制阀，例如液压逻辑元件、偏心阀、配衡阀、顺序阀、先导辅助溢流阀或类似部件。用于控制液压先导压力控制阀的先导压力能够以任何合适的方式产生。由此，在系统设计上提供了很大的灵活性，例如，允许将液压和电动控制逻辑的优点相结合。
68.例如，先导压力能够由电控比例阀提供，特别是在正常运行时。由此，借助于数字控制逻辑，能够在优化和调整控制方案方面具有很大的灵活性。
69.在一些实施例中，先导压力也能够借助于液压部件来提供。因此，可以注意到，用于控制液压比例阀布置的控制信号也能够通过液压逻辑得出。由此，能够实现一个对电气故障具有鲁棒性的非电动实现方式，但代价是实施的灵活性较差。
70.此外，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，第二液压比例阀v4是液压比例阀和先导控制的液压逻辑元件、偏心阀或类似部件的组合。由此，既能够实现非电动实现方式例如用于紧急停机，也能够实现电动控制的实现方式例如用于非紧急运行。
71.进一步地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，液压逻辑元件由压力端口p处的第一压力p1和液压缸活塞处的第二压力p2控制。由此，对电气故障有鲁棒性的可靠运行的优点与使用观察到的、第一和第二压力之间的压力差作为缸体载荷指标的优点协同结合起来，其中对第一和第二压力的观察是通过相应的先导压力管道直接获得的。
72.有利地，根据液压变桨驱动系统的一些实施例，叶片变桨系统包括变桨控制器，该变桨控制器被配置为产生初级控制信号s3，用于控制第一液压比例阀v3，以根据变桨驱动系统的叶片变桨角定位请求操作液压缸；其中该变桨控制器被进一步配置为产生二级控制信号s4，用于根据预定的控制方案对第二液压比例阀v4进行控制。
73.根据本发明的其他方面，风力涡轮机包括转子和液压变桨驱动系统，该转子具有一个或多个叶片，该液压变桨驱动系统用于根据本文所公开的任何实施例对转子叶片的叶片变桨角进行控制。
74.根据本发明的另外一些方面，一种用于控制风力涡轮机的转子上叶片的叶片变桨角的液压变桨驱动系统的控制方法，执行了与操作根据本文所公开的任何实施例的液压变桨驱动系统的公开内容有关的步骤。
附图说明
75.本发明的优选实施例将结合附图进行更详细的描述，其中
76.图1显示了风力发电机中容纳根据一个实施例的液压变桨驱动系统的轮毂的一部分的透视图；
77.图2显示了根据一个实施例的一个转子叶片的液压变桨驱动系统；
78.图3、图4显示了根据一个实施例的液压变桨驱动系统的液压变桨驱动器在两种运行状态下的立视图；
79.图5显示了根据一个实施例的液压变桨驱动系统的示意图；
80.图6显示了根据另一个实施例的液压变桨驱动系统的示意图；
81.图7显示了开/关阀布置；
82.图8至图12以及图22显示了处于不同阀布置的第二液压比例阀的实施例；
83.图13显示了根据一个实施例的液压变桨驱动系统在伸出运行模式下的液压控制电路的简化示意图；并且
84.图14至图21显示了不同液压变桨驱动系统的模拟系统参数随时间变化的实例。
具体实施方式
85.参考图1至图4，描述了一种用于风力涡轮机的转子上的液压变桨驱动系统20的实施例。图1显示了风力发电机中容纳根据一个实施例的液压变桨驱动系统20的轮毂1的透视图。轮毂1适用于在指示为9的法兰处与机舱(未显示)连接。转子叶片2在法兰3b处连接。另外的法兰3、3a用于连接另外的叶片(未显示)。每个叶片都具有液压变桨驱动系统20，该液压变桨驱动系统包括至少一个液压驱动部件5，即所谓的变桨缸。每个变桨缸在连接点4处与固定部分7连接，该连接点能够收纳变桨缸的相应安装孔眼(参见图2至图4)。变桨缸的另一端通过相应的缸体轴承18与可移动部分6连接。轮毂的迎风端处能够设有检查孔8，该检查孔通常由封闭件覆盖。固定部分7上安装有桥架13。固定部分7适用于在其上安装机械、气动和电动装置，诸如蓄能器10、电气零件11和液压控制系统的液压零件12等，这些装置能够收集在桥架13上。图3和图4显示了液压变桨驱动器在两种不同运行状态下的立视图。图3显示了位于顺浆位置的液压变桨驱动器，其中液压缸5处于完全伸出的状态。图4显示了在缸体行程另一端处处于运行状态中的液压变桨驱动器，其中液压缸完全缩回。由于几何结构
的原因，当从运行位置接近顺浆位置时，液压缸的压缸力转化为旋转扭矩的情况越来越不利。在图1至图4中，虽然用于控制风力涡轮机的转子上的叶片变桨角的液压变桨驱动系统在此被示出具有一个特定的机械致动器布置，但应注意到，本发明的液压控制在伸出模式下也可用于液压变桨驱动器的、变桨旋转致动器零件具有不同机械布置的其他实施例。例如，用于收纳叶片根部的可移动零件能够形成为环状物而非盘状物。此外，该可移动部件可以是外环，而不是内盘或内环。此外，液压缸的数量可以不同。例如，每个叶片的叶片变桨致动器布置中的液压缸数量可以是一个，而不是两个，例如，以便降低小型风力涡轮机的系统复杂性和成本；或者，该数量可以是例如三个，以便在增加系统复杂性的代价下提高系统的冗余度。
86.相应地，在下面的示意图中，凡是显示和提到单个变桨缸或液压缸的地方，这都用于表示风力涡轮机的一个或多个叶片变桨致动器布置，每个布置可以包括一个液压缸或多个并行运行的液压缸。
87.图5显示了根据一个实施例的液压变桨驱动系统500的示意图。该示意图提供了通常在具有可调叶片变桨的风力涡轮机中提供的三种基本的液压叶片变桨驱动模式：伸出模式，该模式用于在风力涡轮机正常运行期间对液压缸的伸出运动进行控制；缩回模式，该模式用于在风力涡轮机正常运行期间对液压缸的缩回运动进行控制；以及紧急停止模式，该模式用于在紧急情况下将叶片移动到紧急停止位置。
88.该液压变桨驱动系统包括具有活塞侧a和连杆侧b的液压缸c1。该液压缸被布置成借助于叶片变桨制动器布置(诸如以上所讨论的布置)致动叶片变桨旋转。液压变桨驱动系统还包括压力端口p和油箱端口t，该压力端口以第一压力p1从液压压力单元(未显示)向液压变桨驱动系统提供加压液压油，该油箱端口t用于将液压油收集到油箱贮槽(未显示)中。油箱端口t处的压力为油箱压力，或接近所述油箱压力，该压力是系统中的最低压力，通常对应于环境压力。蓄能器a1与压力端口p连接，用于储存加压油，在运行期间，该加压油能够被再生到液压变桨驱动器。压力端口p通常经由安全阀v2和检修阀v5与油箱端口t连接。阀v2在运行中通常是关闭的，除非压力端口侧的压力超过了不安全水平。阀v5在运行中也通常是关闭的，并且仅在检修和维修过程中打开。该示意图显示的是断电状态，其中所有受致动的阀都处于其各自的默认位置。断电状态也对应于紧急停止时的系统状态。在断电状态下，阀v1完全打开，以通过孔口o1向活塞侧提供加压油；阀v4完全打开，以通过孔口o2向油箱端口t排放来自连杆侧b的液压油；而阀v3、v6和v7关闭。在紧急模式下，液压缸以孔口o1和o2确定的全速完全伸出，其中来自连杆侧的加压油通常被送到油箱端口，而不进行压力再生。紧急停止后，系统需要恢复，然后才能恢复正常运行。
89.在正常运行下的缩回模式中，阀v1和v4关闭。接着，通过第一比例阀v3，对从压力端口p以交叉连接配置(交叉箭头符号)经由止回阀v7流到连杆侧b的加压油进行计量。对应地，通过第一比例阀v3对从活塞侧a流到油箱端口t的液压油进行计量。响应于第一控制模块111提供的初级控制信号s3，对通过第一比例阀v3的液流进行控制。第一控制模块被配置为响应于来自风力涡轮机控制器(未显示)的叶片变桨角定位请求，提供该初级控制信号s3。由此，连杆端以受控方式缩回到缸体中。
90.在正常运行下的伸出模式中，阀v1关闭，而在正常载荷条件下，v4也关闭。在伸出模式下，压力端口p经由第一液压比例阀v3以平行连接配置(反平行箭头符号)与液压缸的
活塞侧a连接，并且液压缸的连杆侧b经由止回阀v6与压力端口p及蓄能器a1连接，其中加压液压油能够储存在蓄能器a1中以便再生。响应于第一控制模块111提供的初级控制信号s3，对通过第一比例阀v3的液流再次进行控制，其中第一控制模块111被配置为响应于来自风力涡轮机控制器(未显示)的叶片变桨角定位请求，提供初级控制信号s3。因此，对从压力端口p经由第一液压阀v3流到缸体的活塞侧b的液压油进行计量，并相应地从连杆侧b经由止回阀v6将其再生回压力端口p中，而止回阀v7防止了任何液流从连杆侧b穿过第一比例阀v3流到油箱端口t。由此，在正常载荷条件下，连杆端从缸体的伸出运动以受控方式进行。对于系统在伸出运行模式下的简化示意图(其中省略了仅与缩回运行模式有关的部件)，也请参见图13，其中相应的附图标记标识相应的部件。
91.为了驱动伸出运动，需要液压油流过第一比例阀。为了支持这种流动，在第一比例阀v3下游的活塞侧a处的第二压力p2必须低于其上游的第一压力p1。当缸体在伸出模式下发生与伸出运动相反的载荷逐渐增加时(液压缸液压运行的第一象限)，第二压力p2接近p1，并且在极限情况下，伸出运动可能会停滞。在通过止回阀v6再生加压液压油的整个伸出运动过程中，连杆侧b上的第三压力p3基本上与第一压力p1相对应。
92.本发明的系统在伸出运动过程中识别出高载荷情况，基于识别出的缸体载荷情况产生二级控制信号s4，并将该二级控制信号s4提供给第二比例阀v4。第二液压比例阀v4被布置成响应于二级控制信号s4，在不依赖于该第一液压阀v3的情况下，对该液压油从该连杆侧b流到油箱端口t的液流进行控制。第二控制模块112被配置为提供该二级控制信号s4，以便在液压缸的伸出模式下对第二比例阀v4进行控制，从而以受控方式降低第三压力p3。由于降低了连杆侧b上的第三压力p3，与第一压力p1相比，活塞侧的第二压力p2也下降，从而重新建立或至少增加了通过第一比例阀v3的流量，使其更接近于低载荷或无载荷情况下阀位y对应的流量。
93.如图5所指示的，液压变桨系统500能够配备适用于测量第一压力p1、第二压力p2、第三压力p3、第一液压比例阀v3的阀芯位置y、缸体位置x和/或其时间导数，或与缸体位置相对应的等效实际叶片变桨角的传感器。基于这些测量中的一个或多个组合，能够确定液压变桨驱动系统的当前液压运行状态。液压运行状态可包括指示当前缸体载荷的载荷参数。载荷参数或相应的信息能够提供给第二控制模块，然后该模块提供二级控制信号s4，以便对通过第二液压比例阀v4从连杆侧b流到油箱端口t的泄漏流量进行控制，从而相应地降低压力p3。
94.如上所提及的，流过第一比例阀v3的流量、以及液压缸c1的伸出速度dx/dt，在液压运行的第一象限中一般取决于第一和第二压力p1、p2之间的差值。这能够描述为，例如dx/dt＝y
·c·
sqrt(p1-p2)，其中y是第一比例阀v3的阀芯位置，c是表征第一比例阀的常数。因此，液压缸的最大速度(其可被视为指示液压变桨驱动系统的响应性的参数)受到该压差值的限制。在一个已知的系统中，这种限制能够通过使用第一比例阀v3来克服，该比例阀的尺寸更大，以得到较大的常数c。然而，通过在伸出运行期间通过流过第二比例阀v4的受控泄漏依据载荷来降低液压缸中的工作压力，能够将第一比例阀v3保持得更小，而不会影响液压变桨驱动系统或其类似装置的响应性，对于给定选择的第一比例阀v3，能够为伸出运动实现更高的响应性。如此，液压变桨驱动系统的液压部件的尺寸调整优势也适用于第一比例阀v3。
95.图6显示了根据另一个实施例的液压变桨驱动系统600的示意图。图6的液压变桨驱动系统600大体上与图5的液压变桨驱动系统500相对应。然而，液压变桨驱动系统600的第二控制模块112与用于测量第一和第二压力p1和p2的传感器直接连接。那么，第二控制模块能够被配置为从第一和第二压力的观察值的比较中直接确定指示缸体载荷的载荷参数。通常，载荷参数是基于第一和第二压力之间的差值来确定的。因此，基于指示当前缸体载荷的测量值，能够直接产生二级控制信号s4，以便通过流过第二比例阀v4的受控泄漏流量来降低第三压力。在图6中，液压变桨驱动系统600被示出具有包括第二比例阀v4的通用比例阀布置124。如下面进一步详述说明的，有利的是，比例阀布置124能够以许多不同的方式实现，有利的实施例724、824、924、1024、1124、1224、1324、1424如下面参考图7至图14给出。
96.图7显示了一种具有脉宽调制(pwm)控制开/关阀的阀布置724，该阀能使所计量的流量与控制阀芯的脉宽调制信号的占空比成正比。图7中的阀v4为常开型，从而提供了紧急停止功能。通过提供与pwm控制阀v4串联的孔口o2，使流路适用于紧急停止流动，当阀v4断电时，即处于“开启”状态时，孔口o2决定了紧急运行中所需的最大流速。
97.图8显示了一种具有常开比例流量控制阀v4的阀布置824。当通电时，在正常运行下，阀v4能够以与应用的控制信号成比例的方式对流过其的泄漏流量进行控制。当图8的比例流量控制阀v4断电时，流量仅受孔口o2的约束，从而提供如以上讨论的紧急停止功能。
98.图9显示了包括两个并行运行的阀v4a和v4b的阀布置924。阀v4b为常闭比例流量控制阀，该阀适用于以与应用的控制信号成比例的方式对流过其的流量进行控制。图9的阀v4b在断电时关闭，并且因此无法提供紧急停止流路。相反，紧急停止功能是在一个简单的常开开关阀v4a中实现的，该阀与比例流量控制阀v4b平行布置。当断电时，v4a处于开启状态，并且流过阀布置的流量由与阀v4a位于同一支路上并与阀v4a串联的孔口o2决定。
99.图10显示了一种具有常开比例压力控制阀v4的阀布置1024。当通电时，在正常运行下，阀v4能够以与应用的控制信号成比例的方式对上游压力(即第三压力p3)进行控制。当图10的比例压力控制阀v4断电时，流量基本上只受到孔口o2的约束，从而提供以上讨论的紧急停止功能。
100.图11显示了包括两个并行运行的阀v4a和v4b的阀布置1124。阀v4b为常闭比例压力控制阀，该阀适用于以与应用的控制信号成比例的方式对上游压力(即第三压力p3)进行控制。图11的阀v4b在断电时关闭，并且因此无法提供紧急停止流路。相反，紧急停止功能是在一个简单的常开开关阀v4a中实现的，该阀与比例压力控制阀v4b平行布置。当断电时，v4a处于开启状态，并且流过阀布置的流量由与阀v4a位于同一支路上并与阀v4a串联的孔口o2决定。
101.图12显示了一种具有液压逻辑元件的阀布置1224，其中响应于应用的液压先导信号，直接对阀的开度进行控制。有利的是，能够连接阀芯v4，以接收通过阀口3和4的第一和第二压力p1和p2作为先导压力，其中能够调整先导压力偏差，以便控制第一和第二压力p1和p2之间的压力差的偏差，从而调节用于从阀的端口2到端口1的流路的阀开度。由此，直接以液压方式实现了依据载荷对连杆侧第三压力p3的原位控制。因此，可以注意到，用于控制液压比例阀布置的控制信号s4也能够通过液压逻辑得出。
102.在图22中示出了又一种阀布置2224，其中该方案是通过以下方式实现的：利用比例控制阀2225控制偏心阀2226的先导压力。在这个方案中，从液压缸的连杆侧b流到油箱端
口t的液流不再通过比例控制阀2225，而是通过偏心阀2226。然而，该液流以及液压缸的连杆侧b上由此产生的压力p3仍然由控制信号s4经由比例控制阀2225进行控制。
103.实例
104.现在转到图14至图21，下面的实例说明了四种不同的液压变桨驱动系统在液压缸的伸出模式下的模拟系统性能的比较。不同的液压变桨驱动系统是参考图13所示的以及以上所述的液压变桨驱动系统的液压控制回路的简化示意图进行讨论的，下面将进一步详细说明相应的修改。
105.所有系统都被认为受制于如图14所示的外部载荷随时间变化的曲线以及如图15所示的参考位置随时间变化的曲线。为了便于比较，外部载荷值f
l
相对于给定液压变桨驱动系统在额定蓄能器运行压力p1下的最大力水平f_op进行了缩放，其中最大力水平f_op对应于100％。外部载荷的正值对应于在与液压缸伸出致动运动相反的方向引导的力，而外部载荷的负值对应于在与液压缸伸出致动运动平行的方向上的力。位置值x相对于最大缸体冲程进行了缩放，其中最大冲程长度对应于100％。图14和图15所示的模拟曲线代表了外部载荷的时间依赖性，以及风力涡轮机控制器请求的参考位置，这在风力涡轮机的实际典型运行过程中能够观察到，并且这些曲线包括在t＝1.9s和t＝2.9s之间的超过最大力水平f_op的过大载荷时间段，最大外部载荷在t＝2.4s时达到120％。
106.为了评估四种不同的液压变桨驱动系统的系统性能，针对三个实时参数，即液压缸连杆侧b处的连杆侧压力p3、液压缸活塞侧a处的活塞侧压力p2、以及液压缸的连杆位置x，模拟了这些系统中的每一个系统对图14的外部载荷曲线和图15的参考位置曲线的模拟响应。连杆侧压力p3和活塞侧压力p2的压力值相对于蓄能器运行压力p1(对应于100％)进行了缩放。连杆位置值相对于最大缸体冲程(就像参考位置值一样)进行了缩放，其中最大缸体冲程的长度对应于100％。
107.实例1在此被标记为“无控制”，是针对如图13示意性地显示的液压变桨驱动系统，其修改是，阀v4不存在，或者至少在整个监测时间段中保持关闭。图16显示了在监测时间段中连杆侧压力p3和活塞侧压力p2的相应压力曲线。图17再次显示了图15的参考位置，并且示意性地显示了在“无控制”布置下，缸体活塞在监测时间段中的实际位置。连杆侧压力p3与蓄能器的额定运行压力p1一致，其中液压油通过止回阀v6从连杆侧b再循环到压力端口p。只要外部载荷低于100％，活塞侧压力p2就基本上与外部载荷曲线一致。然而，当外部载荷接近并超过100％时，活塞侧压力也接近蓄能器的额定运行压力p1并在此达到饱和。因此，从压力端口p到活塞侧a，初级液压比例阀v3上的液压油流动停滞。活塞无法维持任何进一步的伸出致动运动。由于摩擦是外部载荷的重要部分，所以液压变桨驱动系统停顿，直到外部载荷再次下降到100％以下，活塞侧压力p2下降到以下，并且伸出运动能够恢复，如图17中标记实际活塞位置x的开口圆圈所示意性显示的。
108.实例2在此标记为“独立比例控制”，是针对如图13中示意性地显示的根据本发明的一个实施例的液压变桨驱动系统，其中二级阀v4是响应于二级信号s4进行控制的液压比例阀，诸如根据图8至图12中显示的任何一个实施例的阀布置。图18显示了在监测时间段中，连杆侧压力p3和活塞侧压力p2的相应压力曲线。与实例1中一样，活塞侧压力p2开始时基本上与外部载荷曲线一致，因为液压变桨系统借助于初级液压比例阀v3被控制成跟踪风力涡轮机控制器所请求的参考位置。然而，响应于监测到活塞侧压力p2超过80％的阈值，产
生二级控制信号s4，使得第二液压比例阀v4逐渐打开，其中第二液压比例阀v4的设定点能够根据活塞侧压力p2和阈值之间的差值确定。当活塞侧压力p2再次下降到阈值以下时，第二液压比例阀v4能够再次关闭。通过逐渐打开第二液压比例阀，液压油以良好的受控方式被直接排到油箱端口t，而不依赖于初级液压比例阀v3的设置。因此，根据第二液压比例阀v4的设置，能够以良好的受控方式降低连杆侧压力p3，而不依赖于经由第一液压比例阀v3对从压力端口p流到活塞侧a的增压液压油进行的流量控制。与实例1中的“无控制”配置相比，活塞侧压力p2也被逐渐控制到更低的数值，并且在过大的外部载荷区域不再达到饱和状态。由此，实例2的液压变桨驱动系统可靠地保持了变桨力储备，允许液压缸也在过大的外部载荷区域内维持不间断的伸出致动运动。
109.实例3在此标记为“数字控制”，是针对如图13所示的液压变桨驱动系统，其修改是，第二阀v4为响应于二级信号s4进行控制的液压开关阀，诸如根据图7的阀布置。图19显示了在监测时间段中，连杆侧压力p3和活塞侧压力p2的相应压力曲线。与实例1和实例2中一样，活塞侧压力p2开始时基本上与外部载荷曲线一致，因为液压变桨系统借助于初级液压比例阀v3被控制成跟踪风力涡轮机控制器所请求的参考位置。然而，响应于监测到活塞侧压力p2超过80％的阈值，产生了二级控制信号s4，指示开关阀打开，从而允许将液压油从连杆侧排到油箱端口。由此，连杆侧压力p3迅速下降，并且活塞侧压力也迅速下降。因此，几乎在瞬间提供了一个较大的变桨力储备，有利于液压缸也在过大的外部载荷区域内进行受控伸出致动运动。
110.实例4在此标记为“依赖性比例控制”，是针对图13中示意性地显示的液压变桨驱动系统，其修改是，第二阀v4是响应于二级信号s4进行控制的液压开关阀，诸如根据图7的阀布置，并且额外的修改是，从第二阀v4到油箱端口t的排水管道经过第一液压比例阀v3的平行端口。实际上，实例4的配置能够被看作是对应于图5或图6中的阀v7的布置，其进一步的修改是，当液压变桨系统处于伸出运行模式时，v7能够被控制到打开位置，并且省略了第二阀布置v4。图20显示了在监测时间段中，连杆侧压力p3和活塞侧压力p2的相应压力曲线。与前面的实例一样，只要第二阀v4保持关闭，活塞侧压力p2就基本上反映了低于最大力水平f_op的外部载荷的外部载荷曲线。相应地，连杆侧压力p3在相同的区域内达到100％的饱和。一旦活塞侧压力p2超过80％的阈值，第二阀v4就被控制到打开位置，并且就像在实例3中一样，当第一比例阀v3大部分打开时，实例4的“依赖性比例控制”的阀布置提供了一个几乎瞬间完成的辅助变桨力储备。调整第一液压比例阀v3的设定点，则允许也在过大的外部载荷区域对液压缸的伸出致动运动进行控制，其中从连杆侧b流向油箱的液压油量也将取决于第一液压比例阀v3的设定点。与在实例3的压力曲线中所见类似，打开和关闭第二阀v4导致连杆侧压力p3和活塞侧压力p2出现明显跃变。以这种方式降低连杆侧和活塞侧的压力p3、p2，则允许也在过大的外部载荷区域中对伸出致动运动进行控制。
111.图21显示了实例2、3和4的阀布置在整个监测时间段中的缸体活塞的实际位置与图15的参考位置的比较，图21中也包括了图15的参考位置。该比较表明，对于实例2、3和4的三种阀布置，实际上能够实现总体令人满意的跟踪性能。然而，明显的压力跃变(诸如在图19和图20中看到的实例3和4中出现的跃变)对液压变桨驱动系统中的液压部件是有害的，因此可能会大大影响这些部件的使用寿命，并且特别是液压缸的使用寿命。与此相反，与本发明的实施例相对应的实例2的布置没有此类有害的压力跃变，因此以令人惊讶的温和方
式，即不牺牲液压变桨驱动系统的使用寿命和耐久性的情况下，提供了良好的跟踪性能。因此，能够以持续且温和的方式保持充足的变桨力储备，从而允许液压变桨驱动系统进行稳定且迅速的跟踪响应，而不会使叶片变桨致动运动出现不良且危险的中断。
112.从这一比较中明显看出，本发明的实施例、如这里由实例2所说明的实施例，能够作为风力涡轮机正常运行期间持续叶片变桨调整的一部分进行常规应用，而由实例3和4举例说明的解决方案则牺牲了可靠性，因此在正常运行期间无法以同样的方式持续使用。因此，本发明的实施例、如这里由实例2所说明的实施例，能够实现上述系统尺寸调整优势。因此，本发明提供了一种稳定且精确的跟踪辅助液压变桨力系统，与已知的系统相比，所述系统可以持续使用，而不会因为需要预测液压变桨力系统的未来载荷而受到阻碍。