风轮发电机和潮流发电机及其操作方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103003567 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 3 0 0 3 5 6 7 A *CN103003567A* (21)申请号 201080003099.0 (22)申请日 2010.11.30 F03D 11/02(2006.01) F03D 11/00(2006.01) F03D 9/00(2006.01) F03D 9/02(2006.01) (71)申请人三菱重工业株式会社 地址日本东京都 (72)发明人堤和久 清水将之 尼尔考德威尔 丹尼尔杜姆挪夫 斯蒂芬莱尔德 文卡塔帕帕拉 (74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限 责任。

2、公司 11219 代理人张建涛 车文 (54) 发明名称 风轮发电机和潮流发电机及其操作方法 (57) 摘要 本发明的目的是提供一种配备液压传动装置 并且实现优良发电效率的风轮发电机或潮流发电 机及其操作方法。该风轮发电机1包括由主轴8 旋转的可变排量式的液压泵12、连接到发电机20 的可变排量式的液压马达14、以及布置在液压泵 12与液压马达14之间的高压油管16和低压油管 18。泵控制器32获得液压泵12的目标扭矩,然后 基于该目标扭矩以及高压油管16中的压力来设 定液压泵12的排量D p ,其中在该目标扭矩下,功 率系数变得最大。马达控制器34基于由液压泵12 的排量D p 获得的液压泵。

3、的排出量Q p 来设定液压马 达14的排量D m ,使得发电机20的转速变得恒定。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.04.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2010/006982 2010.11.30 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/073281 EN 2012.06.07 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书17页 附图9页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 17 页 附图 9 页 1/3页 2 1.一种风轮发电机或潮流发电机,包括: 毂; 主轴,所述主轴联接到所述毂; 发电机,所述发电机将。

4、从所述主轴传输的旋转能转化成电功率; 可变排量式的液压泵,所述液压泵由所述主轴驱动; 可变排量式的液压马达,所述液压马达连接到所述发电机; 高压油管,所述高压油管布置在所述液压泵的排出侧与所述液压马达的进口侧之间; 低压油管,所述低压油管布置在所述液压泵的进口侧与所述液压马达的排出侧之间; 以及 控制单元,所述控制单元与泵控制器和马达控制器通信,所述泵控制器调节所述液压 泵的排量D p ,所述马达控制器调节所述液压马达的排量D m , 其中,所述泵控制器设定所述液压泵的目标扭矩,然后基于所述目标扭矩以及所述高 压油管中的工作油的压力来设定所述液压泵的排量D p ,并且 其中,所述马达控制器基于。

5、所述液压泵的排出量Q p 来设定所述液压马达的排量D m ,使 得所述发电机的转速恒定,所述液压泵的所述排出量Q p 由所述排量D p 获得。 2.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 转速计,所述转速计测量所述主轴的转速, 其中,所述泵控制器根据由所述转速计测量的所述主轴的转速来设定所述目标扭矩, 在所述目标扭矩下,功率系数变得最大。 3.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 风速计,所述风速计测量风速, 其中,所述泵控制器由测量的风速获得所述目标扭矩,在所述目标扭矩下,功率系数变 得最大。 4.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述。

6、液压泵和所述液压马达中的每一个均包括多个油室、凸轮、高压阀以及低压 阀,所述多个油室中的每一个油室由缸和在所述缸中以滑动方式移动的活塞包围,所述凸 轮具有与所述活塞接合的凸轮轮廓,所述高压阀中的每一个高压阀打开和关闭所述油室中 的每一个油室与所述高压油管之间的连通路径,所述低压阀中的每一个低压阀打开和关闭 所述油室中的每一个油室与所述低压油管之间的连通路径, 其中,所述泵控制器控制所述液压泵的无效油室与所有油室的比率以便调节所述液压 泵的排量D p ,所述无效油室保持为使得:在所述液压泵的活塞从下死点开始、到达上死点并 且返回到所述下死点的循环期间,所述液压泵的所述高压阀关闭且所述液压泵的所述。

7、低压 阀保持打开,并且 其中,所述马达控制器控制所述液压马达的无效油室与所有油室的比率以便调节所述 液压马达的排量D m ,所述无效油室保持为使得:在所述液压马达的活塞从下死点开始、到达 上死点并且返回到所述下死点的循环期间,所述液压马达的所述高压阀关闭且所述液压马 达的所述低压阀保持打开。 5.根据权利要求4所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述液压泵的所述凸轮是环凸轮,所述环凸轮环形地设置在所述主轴的外周上 权 利 要 求 书CN 103003567 A 2/3页 3 并且具有凸轮轮廓,所述凸轮轮廓限定多个具有绕所述主轴交替地设置的多个凹部和凸部 的波形部,并且 其中,所述液压马达的所。

8、述凸轮是偏心凸轮,所述偏心凸轮相对于与所述发电机联接 的所述液压马达的输出轴的轴心偏心地设置。 6.根据权利要求4所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述液压泵的所述高压阀是仅允许流体从油室流向高压油管的止回阀,而所述 液压泵的所述低压阀是常开式电磁操作的面密封阀, 其中,对于所述液压泵的除了所述无效油室之外的油室,所述泵控制器在所述液压泵 的活塞到达下死点时或之后关闭所述低压阀,并且通过所述油室与所述低压油管之间的压 力差来保持所述低压阀关闭,以便减小紧接在通过所述泵控制器关闭所述低压阀之后保持 所述低压阀关闭所需的电功率。 7.根据权利要求4所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述液压。

9、马达的所述高压阀是面密封电磁阀,并且所述液压马达的所述低压阀 是面密封电磁阀,并且 其中,对于所述液压马达的除了所述无效油室之外的油室,所述马达控制器在所述液 压马达的活塞即将到达上死点时关闭所述低压阀,然后以此顺序打开所述高压阀,然后维 持所述低压阀关闭,直至所述液压马达的活塞即将到达下死点时, 其中,所述马达控制器将所述高压阀锁闭在打开状态中,直至所述低压阀即将重新打 开时。 8.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 桨距驱动机构,所述桨距驱动机构调节被安装在所述毂上的叶片的桨距角,并且 其中,所述控制单元控制所述桨距驱动机构,使得所述风轮发电机或所述潮流发电机 的输出。

10、不超过额定输出。 9.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 励磁器,所述励磁器通过改变所述发电机的转子中的励磁电流来调节在所述发电机的 定子中产生的功率的功率因数,所述发电机是电磁同步发电机。 10.根据权利要求4所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 旁通油管,所述旁通油管布置在所述高压油管与所述低压油管之间,以绕过所述液压 马达;以及 安全阀,所述安全阀布置在所述旁通油管中,以维持所述高压油管的液压压力不大于 标定压力, 其中,所述泵控制器消除所述无效油室,以使所述液压泵的排量D p 最大,以便将所述高 压油管中的压力升高到所述安全阀的标定压力并且降低所述主轴的转速。

11、。 11.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述液压泵和所述液压马达中的每一个均包括多个油室、凸轮、高压阀以及低压 阀,所述多个油室中的每一个油室由缸和在所述缸中以滑动方式移动的活塞包围,所述凸 轮具有与所述活塞接合的凸轮轮廓,所述高压阀中的每一个高压阀打开和关闭所述油室中 的每一个油室与所述高压油管之间的连通路径,并且所述低压阀中的每一个低压阀打开和 关闭所述油室中的每一个油室与所述低压油管之间的连通路径, 权 利 要 求 书CN 103003567 A 3/3页 4 其中,所述泵控制器通过控制如下时段来调节所述液压泵的排量D p ,即在该时段期间, 所述液压泵的所述低压阀。

12、保持关闭,同时所述液压泵的活塞从下死点移动到上死点,并且 其中,所述马达控制器通过控制如下时段来调节所述液压马达的排量D m ,即在该时段 期间,所述液压马达的所述高压阀保持打开,同时所述液压马达的活塞从上死点移动到下 死点。 12.根据权利要求11所述的风轮发电机或潮流发电机,进一步包括: 电网状态判定单元,所述电网状态判定单元判定与所述发电机同步的电网的状态, 其中,当所述电网状态判定单元判定所述电网的电压已下降时,所述马达控制器将所 述液压马达的排量D m 降低至用于在几毫秒内使所述发电机与所述电网保持同步所需的量。 13.根据权利要求1所述的风轮发电机或潮流发电机, 其中,所述马达控制。

13、器基于所述高压油管中的液压压力的测量来设定所述液压马达的 排量D m ,调节所述液压马达的排量D m 以将所述高压油管中的液压压力维持在可接受的压力 范围内。 14.一种风轮发电机或潮流发电机的操作方法,所述风轮发电机或潮流发电机包括毂、 连接到所述毂的主轴、用于将从所述主轴传输的旋转能转化成电功率的发电机、由所述主 轴旋转的液压泵、连接到所述发电机的可变排量式的液压马达、布置在所述液压泵的排出 侧与所述液压马达的进口侧之间的高压油管、以及布置在所述液压泵的进口侧与所述液压 马达的排出侧之间的低压油管,所述方法包括: 计算所述液压泵的目标扭矩的目标扭矩计算步骤,在所述目标扭矩下,功率系数变得 。

14、最大; 基于在所述目标扭矩计算步骤中计算的所述目标扭矩以及所述高压油管中的液压压 力来设定所述液压泵的排量D p 的泵排量设定步骤;以及 基于由在所述泵排量设定步骤中设定的所述排量D p 获得的所述液压泵的排出量Q p 来 设定所述液压马达的排量D m 而使得所述发电机的转速变得恒定的马达排量设定步骤, 其中,基于在所述泵排量设定步骤中设定的所述排量D p 和在所述马达排量设定步骤中 设定的所述排量D m 来控制所述液压泵和所述液压马达。 权 利 要 求 书CN 103003567 A 1/17页 5 风轮发电机和潮流发电机及其操作方法 技术领域 0001 本发明涉及一种风轮发电机和潮流发电机。

15、以及该风轮发电机的操作方法,风轮发 电机和潮流发电机将转子的旋转能经由具有液压泵和液压马达的组合的流体传动装置传 输到发电机。 背景技术 0002 近年来,从保护环境的视角看,使用可再生能源式涡轮发电机诸如利用风能的风 轮发电机和利用潮流的潮流发电机正变得流行。 0003 在涡轮发电机中,风轮发电机将风的动能转化成转子的旋转能并进一步通过发电 机将转子的旋转能转化成电功率。在普通的风轮发电机中,转子的转速大约为每分钟几转 到每分钟几十转。同时,发电机的额定速度通常为1500rpm或1800rpm,因而将机械变速箱 设置在转子与发电机之间。具体地,通过变速箱将转子的转速增加到发电机的额定速度,然。

16、 后输入到发电机。 0004 近年来,因为风轮发电机正变得更大以提高发电效率,所以变速箱趋于变得更沉 重和更昂贵。因而,配备采用可变容量式的液压泵和液压马达的组合的液压传动装置的风 轮发电机正在得到更多关注。 0005 例如,专利文献1公开了一种使用液压传动装置的风轮发电机,该液压传动装置 包括由转子旋转的液压泵和连接到发电机的液压马达。在该风轮发电机的液压传动装置 中,液压泵和液压马达经由高压容器和低压容器相连。由此,转子的旋转能经由液压传动装 置传输到发电机。另外,液压泵由多组活塞和缸以及凸轮构成,该凸轮使多个活塞在缸中周 期性地往复。 0006 另外,专利文献2描述了一种采用液压传动装置。

17、的风轮发电机,该液压传动装置 由通过转子旋转的液压泵、连接到发电机的液压马达以及布置在液压泵与液压马达之间的 工作油路径构成。在该风轮发电机的液压传动装置中,液压泵由多组活塞和缸、使活塞在缸 中周期性往复的凸轮以及利用活塞的往复打开和关闭的高压阀和低压阀构成。通过将活塞 锁闭在上死点附近,由缸和活塞包围的工作室无效,然后液压泵的排量改变。 0007 尽管液压泵和液压马达不是可变排量式的,但是专利文献3公开了一种具有液压 泵和液压马达的风轮发电机。专利文献3的风轮发电机通过调节将从液压泵供应到液压马 达的工作油的压力来维持发电机的转速恒定。在该风轮发电机中,液压泵的排出侧经由塔 架的用作高压储罐。

18、的内部空间连接到液压马达的进口侧,而液压泵的进口侧经由布置在塔 架下方的低压储罐连接到液压马达的排出侧。 0008 引用列表 0009 专利文献 0010 专利文献1:US 2010/0032959 0011 专利文献2:US 2010/0040470 0012 专利文献3:US 7436086 B 说 明 书CN 103003567 A 2/17页 6 发明内容 0013 技术问题 0014 此处,将风轮发电机和潮流发电机称为可再生能源式发电机。在可再生能源发电 机之中,在风轮发电机中,取决于风速或潮流的流速,转子的产生最大输出的转速不同。要 实现最大的发电效率,必须根据风速来改变转子的转速。

19、。从该视角看,在配备机械式(齿轮 式)的变速箱的传统风轮机中,换流器布置在发电机与电网之间并且通过控制该换流器来 改变转子的转速。该变速操作方法普遍使用。 0015 同时,专利文献1到3公开了配备液压传动装置的风轮机。然而,专利文献1到3 都没有提出用以提高发电效率的具体控制。目前没有为提高发电效率而设立的操作方法。 0016 鉴于上述问题,本发明的目的是提供一种配备液压传动装置并且实现优良发电效 率的风轮发电机和潮流发电机及其操作方法。 0017 问题的解决方案 0018 本发明提出一种风轮发电机或潮流发电机,该风轮发电机或潮流发电机包括:毂; 主轴,其联接到该毂;发电机,其将从主轴传输的旋。

20、转能转化成电功率;可变排量式的液压 泵,其通过主轴驱动;可变排量式的液压马达,其连接到该发电机;高压油管,其布置在液 压泵的排出侧与液压马达的进口侧之间;低压油管,其布置在液压泵的进口侧与液压马达 的排出侧之间;以及控制单元,其与泵控制器和马达控制器通信,该泵控制器调节液压泵的 排量D p ,该马达控制器调节液压马达的排量D m ,其中泵控制器设定液压泵的目标扭矩,然后 基于该目标扭矩和高压油管中的工作油的压力来设定液压泵的排量D p ,并且其中马达控制 器基于液压泵的排出量Q p 来设定液压马达的排量D m ,使得发电机的转速变得恒定,液压泵 的排出量Q p 由排量D p 获得。 0019 。

21、在该风轮发电机或潮流发电机中,泵控制器设定液压泵的目标扭矩,然后基于该 目标扭矩和高压油管中的工作油的压力来设定液压泵的排量Dp,以便控制该液压泵,其中 在该目标扭矩下,功率系数变得最大。由此,发电效率得以提高。 0020 另外,马达控制器基于液压泵的排出量Q p 来设定液压马达的排量D m ,使得发电机 的转速变得恒定,并且液压泵的排出量Q p 由排量D p 获得。因此,即使当液压泵的目标扭矩 改变时,发电机的转速也能够保持恒定。由此,发电机能够产生具有恒定频率的电功率。 0021 此外,由泵控制器使用的用以设定液压泵的排量D p 的“高压油管中的工作油的压 力”可以是工作油的压力的实际测量。

22、值或者可以是设定值(目标压力)。 0022 上述风轮发电机或潮流发电机可进一步包括测量主轴的转速的转速计,其中泵控 制器根据由该转速计测量的主轴的转速来设定目标扭矩,在该目标扭矩下,功率系数变得 最大。 0023 目标扭矩根据由转速计测量的主轴的转速来设定,并且利用该目标扭矩来控制液 压传动装置,其中在该目标扭矩下,功率系数变得最大。由此,风轮发电机或潮流发电机的 发电效率得以提高。另外,能够高精度地测量主轴的转速,因而基于所测量的主轴的转速, 能够适当地控制液压泵。 0024 可替代地,风轮发电机或潮流发电机可进一步包括测量风速的风速计或速度计, 并且泵控制器可从所测量的风速或潮流的速度来获。

23、得目标扭矩,在该目标扭矩下,功率系 说 明 书CN 103003567 A 3/17页 7 数变得最大。 0025 以这种方式,能够从由风速计测量的风速或由速度计测量的潮流的速度来获得目 标扭矩,在该目标扭矩下,功率系数变得最大。所获得的目标扭矩用于控制液压传动装置以 便改进风轮发电机或潮流发电机的发电。 0026 在风轮发电机或潮流发电机中,还优选液压泵和液压马达中的每一个包括多个油 室、凸轮、高压阀以及低压阀,所述多个油室中的每一个油室由缸和在该缸中以滑动方式移 动的活塞包围,该凸轮具有与活塞形成接合的凸轮轮廓,所述高压阀中的每一个高压阀打 开和关闭油室中的每一个油室与高压油管之间的连通路。

24、径,所述低压阀中的每一个低压阀 打开和关闭油室中的每一个油室与低压油管之间的连通路径,并且泵控制器控制液压泵的 无效油室与所有的油室的比率以便调节液压泵的排量D p ,无效油室保持为使得在液压泵的 活塞从下死点开始、到达上死点并且返回到下死点的循环期间,液压泵的高压阀保持关闭, 且液压泵的低压阀保持打开,并且马达控制器控制液压马达的无效油室与所有的油室的比 率以便调节液压马达的排量D m ,无效油室保持为使得在液压马达的活塞从下死点开始、到 达上死点并且返回到下死点的循环期间,液压马达的高压阀关闭,且液压马达的低压阀保 持打开。 0027 每个油室(工作室或无效室)的状态能够在活塞完成一组向上。

25、和向下运动的每个 循环中进行切换。因此,通过改变无效油室与所有油室的比率能够迅速改变液压泵和液压 马达的排量。此外使用部分无效的油室是可能的,在所述部分无效的油室中,高压阀打开以 用于向上或向下运动的一部分(不是全部),而低压阀打开以用于向上或向下运动的其余 的大部分。 0028 风轮发电机或潮流发电机可优选构造为使得液压泵的凸轮是环凸轮,其环形地布 置在主轴的外周上并且具有凸轮轮廓,该凸轮轮廓限定多个具有绕主轴交替布置的多个凹 部和凸部的波形部,并且液压马达的凸轮是偏心凸轮,其相对于与发电机联接的液压马达 的输出轴的轴心偏心地布置。 0029 在典型的风轮发电机中,转子的转速大约为每分钟几转。

26、到每分钟几十转,而发电 机的额定速度通常为1500rpm或1800rpm。因而,在具有液压泵和液压马达的液压传动装置 中,需要将转子的旋转增大大约100倍以传输到发电机。此处,液压传动装置的增速比由液 压泵的排量D p 与液压马达的排量D m 的比率决定。也就是说,液压泵的排量D p 必须设定为 比液压马达的排量D m 大约大100倍。通过使每个缸的容积较大或提供更多的缸能够增加 液压泵的排量。然而,这导致液压泵的尺寸大约变大100倍。 0030 鉴于此,选择具有凸轮轮廓的环凸轮作为液压泵的凸轮,该凸轮轮廓限定多个具 有交替布置的多个凹部和凸部的波形部。由此,当主轴完成一圈旋转时,液压泵的活塞。

27、中的 每一个活塞完成多组的向上和向下运动。由此,能够获得具有高增速比的液压传动装置。 0031 在上述的风轮发电机或潮流发电机中,优选液压泵的高压阀是仅允许流体从油室 流向高压油管的止回阀,而液压泵的低压阀是常开式电磁操作的面密封阀,并且对于液压 泵的除无效油室之外的油室,泵控制器在液压泵的活塞到达下死点时或之后关闭低压阀并 且通过油室与低压油管之间的压力差来保持低压阀关闭,以便减小紧接在通过泵控制器关 闭低压阀之后保持低压阀关闭所需的电功率。 0032 如上所述,液压泵的高压阀是止回阀,因而在液压泵的活塞从下死点开始并且到 说 明 书CN 103003567 A 4/17页 8 达上死点的循。

28、环期间,油室中的工作油被压缩。由此,油室中的压力变得高于高压油管中的 压力,从而致使高压阀自动打开。因而,无需主动地控制高压阀。另外,液压泵的高压阀是 具有比电磁阀的结构简单的结构的止回阀,因而能够使液压泵的尺寸更小。 0033 此外,当控制液压泵的除无效油室之外的油室中的高压阀和低压阀的打开和关闭 时,超过紧接在活塞到达下死点之后的点,低压阀便通过油室与低压油管之间的压力差关 闭。由此,能够节省用于保持低压阀关闭的电功率。 0034 在风轮发电机或潮流发电机中,优选液压马达的高压阀是面密封电磁阀并且液压 马达的低压阀是面密封电磁阀,并且对于液压马达的除无效油室之外的油室,马达控制器 在液压马。

29、达的活塞即将到达上死点时关闭低压阀,然后以此顺序打开高压阀,然后维持低 压阀关闭,直至液压马达的活塞即将到达下死点时,并且马达控制器将高压阀锁闭在打开 状态中,直至低压阀即将重新打开时。 0035 如上所述,在液压马达的活塞到达上死点之后,高压阀锁闭在打开状态中,直至活 塞即将到达下死点时。由此,能够将高压阀锁闭在打开状态中,同时节省用于激励高压阀的 电功率。 0036 风轮发电机或潮流发电机可进一步包括桨距驱动机构,该桨距驱动机构调节安装 在毂上的叶片的桨距角,并且控制单元可控制该桨距驱动机构,使得风轮发电机或潮流发 电机的输出不超过额定输出。 0037 由此,在其中以等于或高于额定风速并且。

30、低于切出风速的风速下执行发电的额定 操作中,发电机20能够产生指定量的电功率输出(额定输出)。 0038 另外,额定风速意是通过发电机获得额定输出所需的风速,而切出风速是停止发 电机以确保风轮发电机的安全所需的风速。例如,额定风速可设定为大约10m/s,而切出风 速可设定为25m/s。 0039 风轮发电机或潮流发电机可进一步包括励磁器,该励磁器通过改变发电机的转子 中的励磁电流来调节在发电机的定子中产生的功率的功率因数,该发电机是电磁同步发电 机。 0040 如上所述,发电机是电磁同步发电机并且励磁器还设置为通过改变励磁电流来调 节功率励磁电流(power field current)的功率。

31、因数。由此,能够将调节到预期功率因数 的优质电功率供应到电网。 0041 此外风轮发电机或潮流发电机可进一步包括:旁通油管,其布置在高压油管与低 压油管之间以绕过该液压马达;以及安全阀,其布置在该旁通油管中以维持高压油管的液 压压力不超过标定压力,其中泵控制器消除无效油室以使液压泵的排量D p 最大,以便将高 压油管中的压力升高到安全阀的标定压力并且降低主轴的转速。 0042 如上所述,将液压泵的排量调节为增加液压泵的排量D p 以及增加高压油管中的工 作油的压力。由此,能够提高用于旋转液压泵所需的扭矩(液压泵的排量D p 高压油管 中的工作油的压力)。由此,能够迅速地降低主轴的转速。 004。

32、3 在上述风轮发电机或潮流发电机中,还优选液压泵和液压马达中的每一个包括多 个油室、凸轮、高压阀以及低压阀,所述多个油室中的每一个油室由缸和在该缸中以滑动方 式移动的活塞包围,该凸轮具有与活塞形成接合的凸轮轮廓,所述高压阀中的每一个高压 阀打开和关闭油室中的每一个油室与高压油管之间的连通路径,所述低压阀中的每一个低 说 明 书CN 103003567 A 5/17页 9 压阀打开和关闭油室中的每一个油室与低压油管之间的连通路径,并且泵控制器通过控制 如下时段来调节液压泵的排量D p ,即在该时段期间,液压泵的低压阀保持关闭,而液压泵 的活塞从下死点移动到上死点,并且马达控制器通过控制如下时段来。

33、调节液压马达的排量 D m ,即在该时段期间,液压马达的高压阀保持打开,而液压马达的活塞从上死点移动到下死 点。 0044 由此,与改变无效油室与所有的油室的数量的情形不同,液压泵和液压马达的排 量能够在可变范围内连续地(不离散地)改变。 0045 此外,在液压泵和液压马达的操作期间,当用于改变排量的信号通过泵控制器或 马达控制器被传输时,无论活塞在油室中的每一个油室内定位在何处,液压泵和液压马达 的排量都能够立即改变。 0046 在此情形中,风轮发电机或潮流发电机可优选包括电网状态判定单元,该电网状 态判定单元判定与发电机同步的电网的状态,其中当电网状态判定单元判定电网的电压已 下降时,马达。

34、控制器将液压马达的排量D m 降至用于在几毫秒内使发电机与电网保持同步所 需的量。 0047 由此,液压马达的扭矩能够响应于发电机的减小负载而瞬时地改变,以便解决电 网的压降。 0048 优选风轮发电机或潮流发电机的马达控制器基于高压油管中的液压压力的测量 来设定液压马达的排量D m ,调节液压马达的排量D m 以将高压油管中的液压压力维持在可接 受的压力范围内。 0049 作为关于本发明的风轮发电机或潮流发电机的操作方法,提供一种风轮发电机或 潮流发电机的操作方法,该风轮发电机或潮流发电机包括毂、连接到该毂的主轴、用于将从 主轴传输的旋转能转化成电功率的发电机、由主轴旋转的液压泵、连接到发电。

35、机的可变排 量式的液压马达、布置在液压泵的排出侧与液压马达的进口侧之间的高压油管以及布置在 液压泵的进口侧与液压马达的排出侧之间的低压油管,该方法包括:计算液压泵的目标扭 矩的目标扭矩计算步骤,在该目标扭矩下,功率系数变得最大;基于在目标扭矩计算步骤中 计算的目标扭矩以及高压油管中的液压压力来设定液压泵的排量D p 的泵排量设定步骤;以 及基于由在泵排量设定步骤中设定的排量D p 获得的液压泵的排出量Q p 来设定液压马达的 排量D m 而使得发电机的转速变得恒定的马达排量设定步骤,其中基于在泵排量设定步骤中 设定的排量D p 和在马达排量设定步骤中设定的排量D m 来控制液压泵和液压马达。 。

36、0050 根据风轮发电机或潮流发电机的操作方法,液压泵的控制通过如下执行:设定液 压泵的目标扭矩,然后基于该目标扭矩以及高压油管中的工作油的压力来设定液压泵的排 量D p ,其中在该目标扭矩下,功率系数变得最大。由此,发电效率得以提高。 0051 另外,基于液压泵的排出量Q p 来设定液压马达的排量D m ,使得发电机的转速变得 恒定,并且液压泵的排出量Q p 由排量D p 获得。因此,即使当液压泵的目标扭矩改变时,发电 机的转速也能够保持恒定。由此,发电机能够产生具有恒定频率的电功率。 0052 本发明的有利效果 0053 根据本发明,液压泵的控制通过如下执行:设定液压泵的目标扭矩,然后基于。

37、该目 标扭矩以及高压油管中的工作油的压力来设定液压泵的排量D p ,其中在该目标扭矩下,功 率系数变得最大。由此,发电效率得以提高。 说 明 书CN 103003567 A 6/17页 10 0054 另外,基于液压泵的排出量Q p 来设定液压马达的排量D m ,使得发电机的转速变得 恒定,并且液压泵的排出量Q p 由排量D p 获得。因此,即使当液压泵的目标扭矩改变时,发电 机的转速也能够保持恒定。由此,发电机能够产生具有恒定频率的电功率。 附图说明 0055 图1是风轮发电机的示例结构的示意图。 0056 图2是用于风轮发电机单元的液压传动装置和发电机的结构的示意图。 0057 图3是桨距。

38、驱动机构的结构的图示。 0058 图4是显示存储在控制单元的存储单元中的Cp最大值曲线的曲线图。 0059 图5是显示存储在控制单元的存储单元中的Cp最大值曲线的曲线图。 0060 图6是显示存储在控制单元的存储单元中的目标压力设定曲线的曲线图。 0061 图7是显示通过控制单元控制液压传动装置的过程的流程图。 0062 图8是液压泵的详细结构的图示。 0063 图9是显示液压泵的高压阀和低压阀的打开和关闭定时的曲线图。 0064 图10是液压马达的详细结构的图示。 0065 图11是显示液压马达的高压阀和低压阀的打开和关闭定时的曲线图。 具体实施方式 0066 现在将参照附图对本发明的优选实。

39、施例进行详细描述。然而,预期的是如果没有 特别指定,则尺寸、材料、形状、其相对位置等将被理解为仅仅是说明性的而不限制本发明 的范围。 0067 下文对关于优选实施例的风轮发电机系统的总体结构进行说明。使用三叶片风轮 机作为该风轮发电机的示例。然而,该优选实施例不限于该示例而是能够应用于各种类型 的风轮机。 0068 图1是风轮发电机的示例结构的图示。图3是桨距驱动机构的结构的图示。 0069 如图1中所示,风轮发电机1包括通过风旋转的转子2、用于增加转子2的转速的 液压传动装置10、用于生成电功率的发电机20、短舱22、用于支撑短舱22的塔架24、泵控 制器32、马达控制器34、桨距控制器36。

40、以及用于控制该风轮发电机的每个单元的控制单元 30。控制单元30和控制器32、34、36可位于短舱22的内部或外部的不同位置中,使得控制 单元30可形成分布式控制系统。此外可能的是控制单元30和控制器32、34、36中的一个 以上的功能可合并到一个计算机处理单元中。 0070 转子2构造为使得主轴8连接到具有叶片4的毂6。具体地,三个叶片4从毂6径 向延伸,并且叶片4中的每一个叶片安装在与主轴8相连的毂6上。由此,作用在叶片4上 的风力使整个转子2旋转,转子2的旋转经由主轴8输入到液压传动装置10。由此,作用在 叶片上的风力使整个转子2旋转,转子2的旋转经由主轴8输入到液压传动装置10。 00。

41、71 如图2中所示,液压传动装置10包括由主轴8旋转的可变排量式的液压泵12、连 接到发电机20的可变排量式的液压马达14以及布置在液压泵12与液压马达14之间的高 压油管16和低压油管18。 0072 高压油管16将液压泵12的排出侧连接到液压马达14的进口侧。低压油管18将 说 明 书CN 103003567 A 10 7/17页 11 液压泵12的进口侧连接到液压马达14的排出侧。从液压泵排出的工作油(低压油)经由 高压油管流入液压马达中。已在液压马达14中工作的工作油经由低压油管18流入液压泵 12中,然后其压力通过液压泵12升高,最后工作油流入液压马达14中以便驱动液压马达 14。 。

42、0073 图2示出了液压传动装置10仅包括一个液压马达14的示例性实施例。然而,也 可能的是提供多个液压马达14并且将液压马达14中的每一个液压马达连接到液压泵12。 一端连接到液压泵12的排出侧的高压油管16沿路线分开以连接到液压马达14中的每一 个液压马达的进口侧。同时,其一端连接到液压马达14中的每一个液压马达的排出侧的低 压油管18在该路线上汇合并且连接到液压泵的进口侧。 0074 另外,设置了用于测量主轴8的转速的转速计38和用于测量高压油管16中的压 力的压力计39。转速计38和压力计39的测量结果发送到控制单元30以控制液压泵12和 液压马达14。 0075 此外,防脉冲蓄能器6。

43、4设置用于高压油管16和低压油管18。由此,高压油管16 和低压油管18的压力波动(脉冲)得以抑制。而且,用于从工作油中去除杂质的滤油器66 和用于冷却工作油的冷油器68布置在低压油管中。 0076 旁通油管60布置在高压油管16与低压油管18之间以绕过液压马达14,并且安全 阀62布置在旁通油管60中以维持高压油管16中的液压压力不超过标定压力。由此,当高 压油管16中的压力达到安全阀62的标定压力时,安全阀62自动打开,并且允许高压油经 由旁通管路60逃离到低压油管18。 0077 另外,液压传动装置10具有油箱70、补充管路72、增压泵74、滤油器76、回流管路 78和低压安全阀79。在。

44、一些实施例中,来自液压马达14的所有或部分的回流通过这些单 元中的一个或多个。 0078 油箱70存储补充工作油。补充管路72将油箱70和低压油管18相连。增压泵74 布置在补充管路72中以便利用来自油箱70的补充工作油来补充低压油管18。在此情形 中,布置在补充管路72中的滤油器76去除将供应到低压油管18的工作油中的杂质。 0079 即使当工作油在液压传动装置10中泄漏时,增压泵74也利用来自油箱70的工作 油来补充低压油管,因而能够维持在液压传动装置10中循环的工作油的量。 0080 回流管路78安装在油箱70与低压油管18之间。低压安全阀79布置在回流管路 78中并且低压油管18中的压。

45、力维持在指定压力附近。 0081 由此,即使增压泵74将工作油供应到低压油管18,但是一旦低压油管18中的压力 达到低压安全阀79的指定压力,低压安全阀79就自动地打开以便将工作油经由回流管路 88释放到油箱70。因而,能够充分地维持在液压传动装置10中循环的工作油的量。 0082 发电机20与电网50同步,使得由发电机20生成的电功率供应到电网50。如图2 所示,发电机20包括由连接到液压马达14的输出轴15的转子20A和连接到电网50的另 一转子20B构成的电磁同步发电机。励磁器52连接到发电机20的转子20A,使得在发电 机20的转子20B中生成的电功率的功率因数能够通过改变在转子20A。

46、中流动的励磁电流 来调节。由此,能够将调节到预期功率因数的优质电功率供应到电网50。 0083 另外,电网状态判定单元54监控电网50的状态。由电网状态判定单元54判定的 电网50的状态发送到控制单元30以用于控制风轮发电机1的每个单元。例如,当电网状 说 明 书CN 103003567 A 11 8/17页 12 态判定单元54判定电网50的电压已下降时,在下文描述的桨距驱动机构40的控制下,通 过桨距控制器36(参见图1)将叶片4的桨距角控制到顺桨位置,并且通过泵控制器32和 马达控制器34将液压泵12和液压马达14的排量减小到用于保持发电机20与电网40同 步所需的量。 0084 另外,。

47、电网状态判定单元54优选由用于测量电网50的电压的电压传感器构成。但 是代替电压传感器,利用功率因数计或无功伏安计来间接地判定电网50的状态也是可能 的。 0085 图1中所示的短舱22可旋转地支撑转子2的毂6并且容纳诸如液压传动装置10 和发电机20的各种装置。另外,短舱22可旋转地支撑在塔架24上并且可根据风向通过偏 航马达(未示出)转动。 0086 塔架24形成从基座26向上延伸的柱形形状。例如,塔架24能够由一个柱状构件 构成或由多个单元构成,所述多个单元在竖直方向上相连以形成柱形形状。如果塔架24由 多个单元构成,则短舱22安装在最顶部单元上。 0087 毂6容纳用于调节叶片4的桨距。

48、角的桨距驱动机构40,如图3中所示。桨距驱动 机构40由液压缸42、伺服阀44、油压源46和蓄能器48构成。在桨距控制器36的控制下, 伺服阀44调节由油压源46产生的高压油和存储在蓄能器48中的高压油向液压缸42的供 应量,使得叶片4的桨距角变为预期的角度。 0088 图1的控制单元30包括用于控制液压泵12的泵控制器32、用于控制液压马达14 的马达控制器34、用于控制桨距驱动机构40的伺服阀44的桨距控制器36以及存储用于控 制风轮发电机1的数据的存储单元37。 0089 泵控制器32获得液压泵12的目标扭矩,功率系数在该目标扭矩下变得最大,然后 泵控制器32基于该目标扭矩和高压油管16。

49、中的压力来设定液压泵12的排量D p 。同时,马 达控制器34基于从液压泵12的排量D p 获得的液压泵的排出量Q p 来设定液压马达14的排 量D m ,使得发电机20的转速变得恒定。 0090 一旦发电机20的输出达到额定输出,则桨距控制器36控制桨距驱动机构40的伺 服阀44来维持发电机20的额定输出,并且将叶片4的桨距角改变到顺桨位置。由此,在 其中以等于或高于额定风速并且低于切出风速的风速下执行发电的额定操作中,发电机20 能够产生指定量的电功率输出(额定输出)。 0091 另外,在电网状态判定单元54判定电网50的电压下降的情形中,桨距控制器36 控制桨距驱动机构40的伺服阀44以将叶片4的桨距角改变到顺桨位置。 0092 存储单元37存储将用于控制风轮发电机1的Cp最大值曲线和目标压力设定曲 线。 0093 图4和图5是显示存储在存储单元37中的Cp最大值曲线的曲线图。Cp最大值曲 线通过连。

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