風輪發電機系統及其操作控制方法
2023-06-02 22:16:31
專利名稱：風輪發電機系統及其操作控制方法
技術領域：
本發明涉及一種風輪發電機以其操作控制方法，該風輪發電機將轉子的旋轉經由包括液壓泵和液壓馬達的液壓傳動裝置傳輸到發電機。
背景技術：
近年來，從保護環境的視角看，使用利用作為可再生能源的一種形式的風能的風輪發電機正變得流行。該風輪發電機將風的動能轉化成轉子的旋轉能並進一步通過發電機將轉子的旋轉能轉化成電功率。在普通的風輪發電機中，轉子的轉速大約為每分鐘幾轉到每分鐘幾十轉。同時，發電機的額定速度通常為1500rpm或1800rpm,因而將機械變速箱設置在轉子與發電機之間。具體地，通過變速箱將轉子的轉速增大到發電機的額定速度，然後輸入到發電機。近年來，因為風輪發電機正變得更大以提高發電效率，所以變速箱趨於變得更沉重和更昂貴。因而，配備採用可變容量式的液壓泵和液壓馬達的組合的液壓傳動裝置的風輪發電機正在得到更多關注。例如，專利文獻I公開了一種使用液壓傳動裝置的風輪發電機，該液壓傳動裝置包括由轉子旋轉的液壓泵和連接到發電機的液壓馬達。在該風輪發電機的液壓傳動裝置中，液壓泵和液壓馬達經由高壓容器和低壓容器相連。由此，轉子的旋轉能經由液壓傳動裝置傳輸到發電機。另外，液壓泵由多個活塞和缸的組以及凸輪構成，所述凸輪使活塞在缸中周期性地往復。另外，專利文獻2描述了一種採用液壓傳動裝置的風輪發電機，該液壓傳動裝置由通過轉子旋轉的液壓泵、連接到發電機的液壓馬達以及布置在液壓泵與液壓馬達之間的工作油路徑構成。在該風輪發電機的液壓傳動裝置中，液壓泵由多個活塞和缸的組、使活塞在缸中周期性往復的凸輪以及利用活塞的往復而打開和關閉的高壓閥和低壓閥構成。通過將活塞鎖閉在上死點附近，由缸和活塞包圍的工作室無效，然後液壓泵的排量改變。儘管液壓泵和液壓馬達不是可變排量式的，但是專利文獻3公開了一種具有液壓泵和液壓馬達的風輪發電機。專利文獻3的風輪發電機通過調節將從液壓泵供應到液壓馬達的工作油的壓力來維持發電機的轉速恆定。在該風輪發電機中，液壓泵的排出側經由塔架的用作高壓儲罐的內部空間連接到液壓馬達的進口側，而液壓泵的進口側經由布置在塔架下方的低壓儲罐連接到液壓馬達的排出側。另外，比例閥設置在該高壓儲罐與液壓馬達之間。通過該比例閥來調節要供應到液壓馬達的工作油的壓力。引用列表專利文獻專利文獻I :US 2010/0032959專利文獻2 :US 2010/0040470專利文獻3 :US 743608
發明內容
技術問題在傳統風輪發電機中，必須響應於風的狀況改變諸如低風速或陣風的出現而適當地執行有效和穩定的操作。另外，要使風輪發電機與電網同步，風輪發電機必須具有在根據由每個國家設定的電網規則(grid code)的電網低壓狀態下的穿越功能。在電網低壓狀態下的穿越功能實現即使當電網的電壓暫時下降時也在不與電網斷開的情況下的不間斷操作。然而，專利文獻I到3中公開的風輪發電機都沒有採取措施來避免當風速低時以及當出現陣風時的情形。因此，專利文獻I到3的風輪發電機不一定實現當風速低時以及當出現陣風時的操作效率或穩定性。另外，專利文獻I到3都沒有公開用以實現在電網低壓狀態下的穿越功能的結構 並且具有關於在使用液壓傳動裝置的風輪發電機中如何實現在電網低壓狀態下的穿越功能的問題。鑑於上述問題，本發明的目的是提供一種風輪發電機系統及其操作控制方法，其在低風速下以及在出現陣風期間具有優良的操作效率和穩定性並且具有在電網低壓狀態下的穿越功能。問題的解決方案關於本發明的風輪發電機系統包括轂；主軸，其聯接到該轂；發電機，其與電網同步；可變排量式的液壓泵，其由該主軸驅動；可變排量式的液壓馬達，其連接到該發電機；高壓油管，其布置在液壓泵的排出側與液壓馬達的進口側之間；低壓油管，其布置在液壓泵的進口側與液壓馬達的排出側之間；蓄能器，其經由蓄能器閥連接到高壓油管；以及控制單元，其控制液壓泵、液壓馬達和蓄能器閥；其中該控制單元基於風速和電網的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥的打開和關閉。在該風輪發電機系統中，基於風速和電網的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥的打開和關閉。當蓄能器閥打開時，蓄能器與高壓油管形成連通，並且取決於蓄能器中的壓力和高壓油管中的壓力中的哪一個壓力更高，高壓油管中的壓力被吸收在蓄能器中或者蓄能器中的壓力釋放到高壓油管。同時，當蓄能器閥關閉時，蓄能器與高壓油管之間的連通斷開，因而蓄能器中的壓力獨自維持，而不取決於高壓油管中的壓力。因此，基於風速和電網的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥的打開和關閉，以便提高當風速低時以及當出現陣風時的操作效率和穩定性，並且實現在電網低壓狀態下的穿越功能。風輪發電機系統優選進一步包括電網狀態判定單元，其中電網的狀態由該電網狀態判定單元來判定。風輪發電機系統可進一步包括旁通油管和安全閥，該旁通油管布置在高壓油管與低壓油管之間以繞過液壓馬達，而該安全閥布置在旁通油管中以維持高壓油管中的液壓壓力不超過標定壓力。以這種方式，通過在旁通管路中提供安全閥，利用從液壓泵供應的高壓油升高高壓油管中的壓力且然後安全閥自動地打開以將過多的高壓油經由旁通管路排出到低壓油管，高壓油管中的壓力升高到安全閥的指定壓力。在該風輪發電機系統中，當風速低於切入風速時，控制單元可將液壓馬達的排量控制為近似為零，並且保持蓄能器閥打開以便將從液壓泵排出的工作油的壓力存儲在蓄能器中，該壓力能夠達到安全閥的設定值。可替代地，在該風輪發電機系統中，當風速低於切入風速時，控制單元將液壓馬達的排量控制為近似為零，並且打開蓄能器閥以便將從液壓泵排出的工作油的壓力存儲在蓄能器中，並且當由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力達到預先決定的閾值時，控制單元關閉該蓄能器閥。在傳統的風輪發電機系統中，當風速低於切入風速時，不進行發電，因而低風速下的風能被浪費。因而，當風速低於切入風速時，蓄能器閥打開以便在蓄能器中存儲壓力。由此，先前在低風速下浪費的風能得以利用，導致提高的操作效率。該風輪發電機系統可進一步包括檢測蓄能器中的壓力的第一壓力傳感器和檢測高壓油管中的壓力的第二壓力傳感器，並且控制單元可優選將液壓馬達的排量控制為保留一定排量地近似為零，在由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力低於由第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力的情形中，控制單元打開蓄能器閥以便將從液壓泵排出的工作油的壓力存儲在蓄能器中，並且當由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力達到閾值時，控制單元關閉蓄能器閥。在該情形中，該風輪發電機系統可進一步包括檢測蓄能器中的壓力的第一壓力傳感器；布置在高壓油管與低壓油管之間以繞過液壓馬達的旁通油管；以及布置在該旁通油管中以維持高壓油管中的液壓壓力不超過標定壓力的安全閥，其中當由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力達到安全閥的標定壓力時，控制單元關閉蓄能器閥。以這種方式，通過在旁通管路中提供安全閥，利用從液壓泵供應的高壓油升高高壓油管中的壓力且然後安全閥自動地打開以將過多的高壓油經由旁通管路排出到低壓油管，高壓油管中的壓力升高到安全閥的指定壓力。另外，當蓄能器中的壓力達到安全閥的指定壓力時，低風速下的風能能夠作為壓力最大程度地存儲在蓄能器中。另外，當風速不小於切入風速時，控制單元保持蓄能器閥打開以便利用蓄能器中的工作油的壓力來輔助液壓馬達的旋轉。可替代地，當風速不小於切入風速時，在由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力高於由第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力的情形中，控制單元打開蓄能器閥以便利用蓄能器中的工作油的壓力來輔助液壓馬達的旋轉。由此，利用在低風速下存儲在蓄能器中的流體的壓力，能夠產生更多的電功率，導致提高操作效率。上述風輪發電機系統可進一步包括槳距驅動機構，該槳距驅動機構調節安裝在轂上的葉片的槳距角，其中當電網狀態判定單元判定電網的電壓已降低至指定電壓或以下並且基於電網規則條款的狀態繼續時，控制單元可控制槳距驅動機構使葉片的槳距角朝著順槳位置改變，改變液壓泵的排量以滿足轉子的負載並且將液壓馬達降低至用於保持發電機與電網同步所需的量，並且保持蓄能器閥打開以便將從液壓泵排出的工作油的壓力存儲在畜能器中。可替代地，該風輪發電機系統可進一步包括槳距驅動機構，該槳距驅動機構調節安裝在轂上的葉片的槳距角，其中當電網狀態判定單元判定電網的電壓已降低至指定電壓或以下並且基於電網規則條款的狀態繼續時，控制單元可控制槳距驅動機構將葉片的槳距角改變到順槳位置，改變液壓泵的排量以滿足轉子的負載並且將液壓馬達降低至用於保持發電機與電網同步所需的量，並且在由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力低於由第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力的情形中，打開蓄能器閥以便將從液壓泵排出的流體的壓力存儲在蓄能器中。如上所述，當電網的電壓下降時，槳距角改變到順槳位置，並且液壓泵的排量改變以滿足轉子的負載，並且液壓馬達降低至用於保持發電機與電網同步所需的量，以便在不與電網斷開的情況下繼續系統的操作。即，實現在電網低壓狀態下的穿越功能。此處，在電網的電壓已降低至指定電壓或以下之後，如果液壓泵的排量突然減小，則槳距角的調節趕不上該減小的排量，因而從風作用在轉子上的力相對於用於驅動液壓泵所需的扭矩變得太強並且轉子的旋轉顯著增大。同時，在電網的電壓下降之後，發電機的負載顯著下降，因而如果液壓馬達的排量不立即降低，則液壓馬達的旋轉變得太快。因此，在
電網的電壓下降之後，與液壓泵相比，液壓馬達的排量需要迅速地降低。如果液壓馬達的排量未迅速降低，則從液壓泵的排出量暫時地超過從液壓馬達的排出量，因而高壓油管中的壓力升高，這能夠導致液壓傳動裝置的功能障礙。通過提供用於將過多壓力從高壓油管釋放到低壓油管的安全閥，高壓油管中的壓力不超過指定壓力。然而，在通過安全閥時產生的摩擦熱使流體的溫度升高，並且一旦電網的電壓恢復，則難以迅速地恢復到正常操作。因此，當電網的電壓已降低至指定電壓或以下時，蓄能器閥在蓄能器中的壓力低於高壓油管中的壓力的情形中打開，從而防止高壓油管中的壓力太高或流體的溫度由於安全閥的驅動而升高。此外，該風輪發電機系統可進一步包括不間斷電源，當電網的電壓變為零時，該不間斷電源向槳距驅動機構供應電功率。另外，該風輪發電機系統可進一步包括不間斷電源，當電網的電壓變為零時，該不間斷電源向液壓泵和液壓馬達供應電功率。由此，即使當電網的電壓變為零時，槳距驅動機構和/或液壓泵和液壓馬達也能夠進行操作以使風輪發電機系統進入電網低壓狀態下的穿越操作狀態或停止狀態。優選當電網狀態判定單元判定電網的電壓開始恢復時，控制單元將葉片的槳距角改變到精確的位置，並且控制單元將液壓泵的排量設定成使得其功率係數變得最大，並且控制單元增大液壓馬達的排量，使得由發電機向電網中產生的功率增大。以這種方式，當電網的電壓開始恢復時，槳距角改變到精確的位置並且液壓泵的排量設定為使得其功率係數變得最大，並且液壓馬達的排量增大使得由發電機向電網中產生的功率增大。由此，系統的操作能夠迅速地返回到有效操作。此外，在該情形中，在蓄能器中的壓力高於高壓油管中的壓力的情形中，蓄能器閥可打開以便利用蓄能器中的流體的壓力來輔助液壓馬達的旋轉。該風輪發電機系統還可包括油箱，其存儲流體並且連接到低壓油管；蓄能器壓力安全管路，其設置在蓄能器閥與蓄能器之間並且連接到低壓油管和油箱中的一個；以及壓力安全閥，其設置在該蓄能器壓力安全管路中，其中當電網狀態判定單元判定電網的電壓恢復時，控制單元打開該壓力安全閥以允許蓄能器中的壓力逃離到低壓油管和油箱中的一個。如上所述，當電網的電壓恢復時，壓力安全閥打開以允許蓄能器中的壓力逃離到低壓油管或油箱。由此，能夠降低蓄能器中的壓力以採取措施來避免電網的壓降的重現。在上述風輪發電機系統中，當出現風速大於指定閾值的陣風時，控制單元可保持蓄能器閥打開以便將從液壓泵排出的工作油的壓力存儲在蓄能器中，並且當陣風的速度變得不大於該指定閾值時，控制單元保持蓄能器閥打開以便利用蓄能器中的工作油的壓力來輔助液壓馬達的旋轉。可替代地，還可提供檢測蓄能器中的壓力的第一壓力傳感器和檢測高壓油管中的壓力的第二壓力傳感器，並且當出現風速大於指定閾值的陣風時，在由該第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力低於由該第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力的情形中，控制單元打開蓄能器閥以便將從液壓泵排出的流體的壓力存儲在蓄能器中；並且當陣風的風速變得不大於該指定閾值時，控制單元保持蓄能器閥打開，直到由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力變得與由第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力相同。當出現陣風時，轉子的旋轉上升並且液壓泵的排出量增大，從而使高壓油管中的壓力升高。因此，當出現陣風時，蓄能器閥在蓄能器中的壓力低於高壓油管中的壓力的情形中打開以便在蓄能器中吸收高壓油管的過多壓力。並且一旦陣風的風速變得等於或低於該閾值，則蓄能器閥保持打開以便釋放蓄能器中的壓力。以這種方式，能夠將陣風對風輪發電機系統的影響減到最小。另外，該指定閾值可以是60m/s，其作為三秒鐘或更長時段的平均風速而獲得。另外，該風輪發電機系統進一步包括油箱，其存儲工作油並且連接到低壓油管；蓄能器壓力安全管路，其設置在蓄能器閥與蓄能器之間並且連接到低壓油管和油箱中的一個；以及壓力安全閥，其設置在該蓄能器壓力安全管路中，其中當電網狀態判定單元判定電網的電壓恢復時，控制單元打開該壓力安全閥以允許蓄能器中的壓力逃離到低壓油管和油箱中的一個。如上所述，當陣風的風速變得不大於該閾值時，壓力安全閥打開以便允許蓄能器中的壓力經由蓄能器壓力安全管路逃離到低壓油管或油箱。由此，蓄能器中的壓力降低，因而能夠採取措施來避免陣風的重現。該風輪發電機系統可進一步包括油箱，其存儲流體；增壓泵，其利用來自該油箱的流體補充低壓油管。由此即使流體在液壓傳動裝置中洩漏，該增壓泵也利用來自油箱的流體來補充低壓油管，以便保持在液壓傳動裝置中循環的流體的量。在該情形中，該風輪發電機系統還可包括回流管路，其使低壓油管中的流體返回到油箱；以及低壓安全閥，其布置在該回流管路中以維持低壓油管中的液壓壓力近似處於標定壓力。由此，儘管該增壓泵利用流體補充低壓油管，但是一旦低壓油管中的壓力達到低壓安全閥的指定壓力，則低壓安全閥自動地打開。因而，流體經由回流管路返回到油箱，並且在液壓傳動裝置中循環的流體的量被適當地維持。本發明還提出了一種風輪發電機系統的操作控制方法，該風輪發電機系統包括轂；主軸，其聯接到該轂；發電機，其與電網同步；可變排量式的液壓泵，其由該主軸驅動；可變排量式的液壓馬達，其連接到該發電機；高壓油管，其布置在液壓泵的排出側與液壓馬達的進口側之間；低壓油管，其布置在液壓泵的進口側與液壓馬達的排出側之間；蓄能器，其經由蓄能器閥連接到該高壓油管；以及電網狀態判定單元，其判定電網的狀態，該方法包括基於風速和由該電網狀態判定單元判定的電網的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥的打開和關閉的步驟。根據風輪發電機系統的操作控制方法，基於風速和由該電網狀態判定單元判定的電網的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥的打開和關閉。由此，能夠提高在低風速下或當出現陣風時的操作效率和穩定性並且還能夠實現在電網低壓狀態下的穿越功能。本發明的有利效果根據本發明，蓄能器經由蓄能器閥連接到高壓油管，並且基於風速和由電網狀態判定單元判定的電網的狀態中的至少一個以及由第一壓力傳感器檢測的蓄能器中的壓力·和由第二壓力傳感器檢測的高壓油管中的壓力來控制蓄能器閥的打開和關閉。由此，能夠提高在低風速下或當出現陣風時的操作效率和穩定性並且還能夠實現在電網低壓狀態下的穿越功能。
圖I是風輪發電機系統的總體結構。圖2是顯示槳距驅動機構的結構的簡圖。圖3是顯示液壓傳動裝置的結構的簡圖。圖4是顯示風輪發電機系統的系統結構的簡圖。圖5是顯示蓄能器在低風速下的操作控制的流程圖。圖6是顯示釋放蓄能器中的壓力的操作控制的流程圖。圖7是顯示當電網的電壓已下降時的操作控制的流程圖。圖8是顯示當出現陣風時的操作控制的流程圖。
具體實施例方式現在將參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述。然而，預期的是如果沒有特別指定，則尺寸、材料、形狀、其相對位置等將被理解為僅僅是說明性的而不限制本發明的範圍。對與優選實施例有關的風輪發電機系統的總體結構進行說明。圖I示出了風輪發電機系統的總體結構。使用三葉片風輪機作為該風輪發電機的示例。然而，該優選實施例不限於該示例而是能夠應用於各種類型的風輪發電機系統。如圖I中所示，風輪發電機系統I包括通過風旋轉的轉子2、用於增大轉子2的轉速的液壓傳動裝置10、用於產生電功率的發電機20、短艙22、用於支撐短艙22的塔架24以及用於控制該風輪發電機系統I的每個控制器的控制單元30。轉子2構造為使得主軸8連接到具有葉片4的轂6。具體地，三個葉片4從轂6徑向延伸並且葉片4中的每一個葉片安裝在與主軸8相連的轂6上。由此，作用在葉片4上的風力使整個轉子2旋轉，轉子2的旋轉經由主軸8輸入到液壓傳動裝置10。
液壓傳動裝置10包括由主軸8旋轉的可變排量式的液壓泵12、連接到發電機20的可變排量式的液壓馬達14以及布置在液壓泵12與液壓馬達14之間的高壓油管16和低壓油管18。下文對液壓傳動裝置10的詳細結構進行描述。發電機20連接到液壓傳動裝置10的液壓馬達14。現有的異步發電機或同步發電機都能夠用作發電機20。具有幾乎恆定的轉速的扭矩從液壓馬達14輸入到發電機20，然後發電機20產生具有幾乎恆定的頻率的交流電。另外，發電機20與將在下文描述的電網50同步，然後由發電機20產生的電流傳輸到電網50。短艙22可旋轉地支撐轉子2的轂並且容納諸如液壓傳動裝置10和發電機20的各種裝置。短艙22進一步被可旋轉地支撐在塔架24上並且可根據風向通過未示出的偏航馬達轉動。 塔架24形成從基座26向上延伸的柱形形狀。例如，塔架24能由一個柱狀構件或多個在垂直方向上相連的單元構成以形成柱形形狀。如果塔架24由多個單元構成，則短艙22安裝在最頂部單元上。控制單元30包括用於調節液壓泵12的排量的泵控制器32、用於調節液壓馬達14的排量的馬達控制器、用於調節葉片4的槳距角的槳距控制器以及用於控制下文描述的蓄能器閥的打開和關閉的ACC閥控制器38。另外，用於改變葉片4的槳距角的槳距驅動機構40容納在轂6中。圖2是顯示槳距驅動機構40的結構的簡圖。該圖示出了包括液壓缸42、伺服閥44、液壓壓力源46和蓄能器48的槳距驅動機構40。在槳距控制器36的控制下，伺服閥44調節由液壓壓力源46產生的高壓油和存儲在蓄能器48中的高壓油向液壓缸42的供應，以便實現葉片4的預期槳距角。槳距控制器36通常從電網50接收電功率。然而，當電網的電壓變為零時，電功率從不間斷電源52供應。另外，電網50的狀態由電網狀態判定單元54來監控。電網狀態判定單元54優選包括用於測量電網50的電壓的電壓傳感器。然而，電壓傳感器能夠利用功率因數計或無功伏安計來替代以間接地判定電網50的狀態。接下來，對液壓傳動裝置10的詳細結構進行說明。圖3是顯示液壓傳動裝置10的結構的簡圖。如上所述，該液壓傳動裝置包括液壓泵12、液壓馬達14、高壓油管16和低壓油管18。液壓泵12的排出側連接到液壓馬達14的進口側，而液壓泵12的進口側連接到液壓馬達14的排出側。圖3示出了僅包括一個液壓馬達14的液壓傳動裝置10。然而，液壓傳動裝置10可包括多個液壓馬達14，並且液壓馬達14可分別經由高壓油管16和低壓油管18連接到液壓泵12。在該情形中，其一端連接到液壓泵12的排出側的高壓油管16在中途分離開，並且高壓油管16的分離管路中的每一個分離管路連接到液壓馬達14中的每一個液壓馬達的進口側，而其一端連接到液壓馬達14中的每一個液壓馬達的排出側的低壓油管18的多個管路匯入一個管路中，然後連接到液壓泵12的排出側。蓄能器60 (60A.60B)經由蓄能器閥62 (62A、62B)連接到高壓油管16。蓄能器60例如可以是囊式的，其中空氣和工作油通過可變形袋例如囊或活塞分開。在蓄能器60中，高壓的工作油在蓄能過程期間引入以便使囊或活塞變形並且壓縮空氣。相反，在壓力釋放過程期間，壓縮空氣膨脹或來自外部的高壓空氣推動囊或活塞，然後將工作油推出蓄能器60。另外，需要至少一組蓄能器60和蓄能器閥62。然而，如果多組蓄能器6(K60A、60B)和蓄能器閥62(62A、62B)如圖3中所示布置，則根據預期目的能夠充分地使用多個蓄能器60。此外，蓄能器60中的至少一個蓄能器可具有空氣部，在初始密封空氣時，該空氣部的排量大於工作油部的排量，並且每個蓄能器60的初始密封空氣的壓力可彼此不同。此夕卜，可能的是將工作油經由蓄能器閥62瞬間地引入蓄能器60中，並且蓄能器60中的壓力改變以在沒有時間延遲的情況下跟隨高壓油管16中的壓力變化，並且在蓄能器閥62打開的狀態下，蓄能器60中的壓力可等於高壓油管16中的壓力。第一壓力傳感器Pl設置在蓄能器閥62 (62A、62B)與蓄能器60 (60A、60B)之間。第二壓力傳感器P2設置在高壓油管16中。第一壓力傳感器Pl測量蓄能器6(K60A、60B)中 的工作油的壓力。同時，第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的工作油的壓力。第一壓力傳感器Pl和第二壓力傳感器P2的測量結果被發送到ACC閥控制器38以用於控制蓄能器閥62(62A、62B)的打開和關閉。除了第一壓力傳感器Pl和第二壓力傳感器P2的結果之外，ACC閥控制器38還基於風速和電網狀態判定單元54的判定結果來控制蓄能器閥62的打開和關閉。具體地，ACC閥控制器38基於風速和由電網狀態判定單元54判定的電網50的狀態中的至少一個以及由第二壓力傳感器P2測量的高壓油管16中的壓力來控制蓄能器閥62的打開和關閉。另外，除了蓄能器60，防波動蓄能器64設置在高壓油管16和低壓油管18中。防波動蓄能器64抑制高壓油管16和低壓油管18中的壓力變化(波動)。在低壓油管18中，設有用於從工作油中去除雜質的濾油器66和用於冷卻工作油的冷油器。在高壓油管16與低壓油管18之間，設有用於繞過液壓馬達14的旁通管路70。並且，安全閥72設置在旁通管路70中以維持高壓油管16中的工作油的壓力與指定壓力相同或在指定壓力以下。以這種方式，當高壓油管16中的壓力升高到安全閥72的指定壓力時，安全閥72自動地打開以便將高壓油經由旁通管路70釋放到低壓油管18。此外，在液壓傳動裝置10中，設有油箱80、補充管路82、增壓泵84、濾油器86、回流管路88和低壓安全閥89。該油箱存儲補充工作油。該補充管路將油箱80連接到低壓油管18。增壓泵84布置在補充管路82中以便利用來自油箱80的補充工作油來補充低壓油管18。在該情形中，布置在補充管路82中的濾油器86去除將供應到低壓油管18的工作油中的雜質。即使當工作油在液壓傳動裝置10中洩漏時，增壓泵84也利用來自油箱80的工作油來補充低壓油管，因而能夠維持在液壓傳動裝置中循環的工作油的量。回流管路88安裝在油箱80與低壓油管18之間。低壓安全閥89布置在回流管路88中並且低壓油管18中的壓力被維持在指定壓力附近。由此，即使增壓泵84將工作油供應到低壓油管18，但是一旦低壓油管18中的壓力達到低壓安全閥89的指定壓力，低壓安全閥89自動地打開以便將工作油經由回流管路88釋放到油箱80。因而，能夠充分地維持在液壓傳動裝置10中循環的工作油的量。另外，蓄能器壓力安全管路61布置在蓄能器閥62 (62A、62B)與蓄能器60(60A、60B)之間。蓄能器壓力安全管路61配備有壓力安全閥63並且連接到油箱80。當壓力安全閥63在控制單元30的控制下打開時，蓄能器60變得與油箱80連通，並且蓄能器60中的壓力釋放到油箱8(H則。圖3示出了其中蓄能器壓力安全管路61連接到油箱80的情形。然而，蓄能器壓力安全管路60可連接到低壓油管18。此外，液壓泵12和液壓馬達14是可變排量式的，它們的排量能夠進行調節。因而驅動它們需要電功率。因此，在風輪發電機系統I中，電功率通常從電網50供應到液壓泵控制器32和液壓馬達控制器34。在使用電磁閥來控制液壓泵12和液壓馬達14的排量的情形中，電功率也供應到該電磁閥。當電網50的電壓變為零時，不間斷電源52將電功率供應到液壓泵控制器32和液壓馬達控制器34，並且可進一步供應到用於調節液壓泵12和液壓馬達14的排量的電磁閥。在液壓傳動裝置10中，當液壓泵12通過主軸8的旋轉驅動時，在高壓油管16與低壓油管18之間出現壓力差。該壓力差驅動液壓馬達14。在該情形中，通過泵控制器32來調節液壓泵12的排量，使得其功率係數變得最大。同時，根據主軸8的轉速和液壓泵12的排量，通過馬達控制器34來調節液壓馬達14的排量，使得液壓馬達14的轉速變得恆定。風輪發電機系統I具有上述結構並且其每個控制器通過控制單元30來控制。圖4是顯示風輪發電機系統I的系統結構的簡圖。如圖中所示，將如下項目發送到控制單元30，它們是在風速獲取單元56中獲得的風速V、由電網狀態判定單元54判定的電網50的電網狀態S、由第一壓力傳感器Pl測量的蓄能器60中的壓力Pacc以及由第二壓力傳感器P2測量的高壓油管16中的壓力PH。並且控制單元30的每個控制器(32、34、36、38)基於風速V、電網狀態S、壓力Pacc、壓力Ph等來控制液壓泵12、液壓馬達14、槳距驅動機構40 (即伺服閥44)和蓄能器閥62。 此外，只要能夠測量或估算風速，則風速獲取單元56是不受限制的。例如，風速獲取單元56可以是安裝在短艙上的風速計或者用於測量主軸8的轉速的旋轉計和用於根據該旋轉計的測量結果來估算風速V的計算器的組合。接下來，對風輪發電機系統I通過控制單元30的操作控制進行說明。下文，以其中風速V在切入風速以下的低風速控制、其中電網50的電壓下降的低電壓控制和其中出現陣風的陣風控制的順序對三種類型的操作控制進行說明。(低風速控制)圖5是顯示蓄能器60在低風速下在其中積蓄壓力的操作控制的流程圖。圖6是顯示釋放蓄能器60的壓力的操作控制的流程圖。圖5示出了如下過程。首先，在步驟S2中風速獲取單元56獲得風速V，並在步驟S4中將該風速V與切入風速Vc相比較。然後，在步驟S4中，如果判定風速V小於切入風速Vc,則過程前進到步驟S6。在步驟S6中，馬達控制器34將液壓馬達14的排量控制為近似為零並且停止通過發電機20的發電。相反，如果判定風速V不小於切入風速Vc，則過程返回到步驟S2以重新獲得風速V。切入風速Vc定義為發電機20開始發電的風速。在將液壓馬達14的排量控制為近似為零的步驟S6之後，在步驟S8中通過第一壓力傳感器Pl來測量蓄能器60中的壓力PArc並且通過第二壓力傳感器P2來測量高壓油管16中的壓力PH。然後，過程前進到步驟S10，在該步驟中，將蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph相比較。在步驟SlO中，如果判定蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力PH，則過程前進到步驟S12，在該步驟中，ACC閥控制器38關閉蓄能器閥62。相反，如果在步驟SlO中判定蓄能器60中的壓力Pacc不低於高壓油管16中的壓力PH，則過程返回到步驟S2，從而風速獲取單元56重新獲得風速V。一旦在步驟S12中蓄能器62打開，則在步驟S13中通過第一壓力傳感器Pl來測量蓄能器60中的壓力PACC。然後，在步驟S14中判定該壓力Pacc是否已達到閾值。如果在步驟S14中判定蓄能器60中的壓力Pacc已達到或超過該閾值，則過程前進到步驟S16，在該步驟S16中，ACC閥控制器38關閉蓄能器閥62。相反，如果在步驟S14中判定蓄能器60中的壓力PA。。小於該閾值，則過程返回到步驟S12以保持蓄能器閥62打開。
比布置在旁通管路70中的安全閥72的指定壓力小的小量，例如5bar可用作該閾值，在步驟S14中，將壓力Pacc與該閾值相比較。以這種方式，蓄能器閥62在風速V低於切入風速Vc時的低風速下打開以對充填(charge)該蓄能器，然後當風速再次變得與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc時，蓄能器60中的壓力釋放以便輔助液壓馬達14的旋轉。如圖6所示，首先在步驟S17中風速獲取單元56獲得風速V，並且在步驟S18中再次判定該風速V是否與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc。如果再次判定風速V與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc，則通過馬達控制器34來增大液壓馬達14的排量並且發電機20重新開始發電。相反，如果判定風速保持小於切入風速Vc，則過程返回到步驟S 17以重新獲得風速V。在液壓馬達14的排量增大的步驟S20之後，在步驟S22中壓力傳感器Pl和壓力傳感器P2分別測量蓄能器60中的壓力Pacc和高壓油管16中的壓力PH，然後在步驟S24中將所測得的壓力Pacc與所測得的壓力Ph相比較。並且如果在步驟S24中判定蓄能器60中的壓力Pacc大於高壓油管16中的壓力PH，則過程前進到步驟S26，在該步驟S26中，ACC閥控制器38打開蓄能器閥62。相反，如果在步驟S24中判定蓄能器60中的壓力PA。。不大於高壓油管16中的壓力PH，則過程返回到步驟S17以重新獲得風速V。以這種方式，當風速V變得與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc時，蓄能器閥62打開。由此，當風速小時能夠使用存儲在蓄能器中的壓力，因而能夠產生更多的電功率並且提高操作效率。至此對如下情形進行了說明，其中在風速V在低於切入風速Vc時的低風速操作下存儲流體的壓力並且一旦風速V再次變得與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc，則利用蓄能器中的流體的壓力來輔助液壓馬達14的旋轉。然而，在低風速下積蓄在蓄能器中的壓力可在不同的情形中使用。例如，可利用預先在低風速下儲存壓力的蓄能器60來輔助液壓馬達14的旋轉以在維護之後恢復風輪發電機系統I的操作。另外，還參照圖5和圖6對如下情形進行說明，其中當風速V小於切入風速Vc時，蓄能器60儲存壓力，並且一旦風速V再次變得不小於切入風速Ne,則利用蓄能器60來輔助液壓馬達14的旋轉。然而，有時具有這樣的情形，其中當風速V變得小於切入風速Vc時，壓力Pacc已經足夠高。在該情形中，代替如圖5中所示在蓄能器60中儲存壓力，也可能的是等待風速V回到與切入風速Vc相同或高於切入風速Vc，然後在圖6中所示的過程中釋放蓄能器60的壓力以便輔助液壓馬達14的旋轉。此外，圖5示出了如下情形，其中當蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力Ph(步驟SlO中為是)時，蓄能器閥62打開以便在蓄能器60中貯存流體。然而，也可能的是基於將蓄能器60中的壓力Pacc與蓄能器中的壓力閾值Pth相比較的結果來控制蓄能器62的打開和關閉。該壓力閾值Pth可以是與高壓油管16中的工作油的指定壓力相同的值或者低於高壓油管16中的工作油的指定壓力。此外可能的是跳過圖5的步驟S8至S10，從而在液壓馬達14的排量在步驟S6中減小(減小到近似為零但保留一定排量)之後，蓄能器閥62打開以在蓄能器60中貯存流體。如果蓄能器閥62已經打開，則可跳過步驟S12以及步驟S8到S10。另外，圖5示出了如下情形，其中當蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力Ph(步驟SlO中為是)時蓄能器閥62打開，但是蓄能器閥62可始終保持打開。更具體地，當風速V低於切入風速Vc時，控制單元可將液壓馬達14的排量控制為近似為零，並且保持蓄能器閥62打開以便將從液壓泵12排出的工作油的壓力存儲在蓄能器60中。另外，圖6示出了如下情形，其中當蓄能器60中的壓力Pa。。高於高壓油管16中的壓力Ph(步驟S24中為是)時蓄能器閥62打開，但是蓄能器閥62可一直保持打開。更具體地，當風速V不小於切入風速Vc時，控制單元可保持蓄能器閥62打開以便利用蓄能器60中的工作油的壓力來輔助液壓馬達14的旋轉。圖7是顯示當電網的電壓已下降時的操作控制。如圖中描述的，在步驟S30中通過電網狀態判定單元54來判定電網50的電壓是否已降低至指定電壓或以下。如果在步驟S30中判定電網50的電壓已降低至指定電壓或以下，則過程前進到步驟S32，在該步驟S32中，槳距控制器36控制槳距驅動機構40，即伺服閥44，以便控制高壓油向液壓缸42的供應並且將葉片4的槳距角改變到順槳位置。相反，如果在步驟S30中判定電網50的電壓大於該指定電壓，這意味著電網50處於正常狀態，則過程返回到步驟S30以繼續通過電網狀態判定單元54來監控電網50的狀態。此處的指定電壓指的是在電網規則中定義的低壓組並且可包括其中電壓實際上暫時為零的情形。並且槳距角到順槳位置的改變意指葉片4的槳距角改變到作用在葉片4上的風不向轉子軸8提供淨扭矩的位置。在葉片4的槳距角在步驟S32中改變到順槳位置之後，過程前進到步驟S34。在步驟S34中，液壓泵12和液壓馬達14的排量減小到用於保持發電機20與電網50同步所需的量。此處的排量是指根據日本工業標準JIS B0142，容量式泵或容量式馬達每一圈旋轉所推動的幾何體積。具體地，液壓泵12的排量指當主軸8進行一圈旋轉時從液壓泵12排出到高壓油管16的工作油的體積，而液壓馬達14的排量指當液壓馬達14的輸出軸進行一圈旋轉時從液壓馬達14排出到低壓油管18的工作油的體積。接下來，在步驟S36中，第一壓力傳感器Pl測量蓄能器60中的壓力PACC，且第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的壓力PH。然後過程前進到步驟S38，在該步驟中，將蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph相比較。如果在步驟S38中判定蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力PH，則過程前進到步驟S40以通過ACC閥控制器38打開蓄能器閥62。相反，如果在步驟S38中判定蓄能器60中的壓力Pa。。不低於高壓油管16中的壓力PH，則過程跳過步驟S40並前進到下文描述的步驟S42。以這種方式，在步驟S30中判定電網50的電壓已下降之後，在步驟S40中蓄能器閥在蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力Ph的情形中打開。因而高壓油管16中的壓力被吸收在蓄能器60中，從而防止高壓油管16中的壓力太高或工作油的溫度由於安全閥72的驅動而升高。在蓄能器閥62在步驟S40中打開之後，在步驟S42中通過電網狀態判定單元54來再次判定電網50的電壓是否開始恢復到大於該指定電壓。具體地，在步驟S42中，判定電網50的電壓是否已開始恢復。以類似的方式，如果在步驟S38中判定蓄能器60中的壓力Pa。。不低於高壓油管16中的壓力PH，則在步驟S42中判斷電網50的電壓是否已開始恢復。·
如果在步驟S42中判定電網50已開始恢復，則如下文所述在步驟S44到S52中執行向正常操作模式的恢復操作。首先，在步驟S44中，槳距控制器36控制槳距驅動機構40 (具體地，伺服閥44)來調節高壓油向液壓缸42的供應並且將葉片4的槳距角改變到精確的位置。槳距角改變到精確的位置意指將槳距角改變為使得葉片4接收風並且向轉子8施加扭矩。接下來在步驟S46中，泵控制器32和馬達控制器34設定液壓泵12的排量，使得功率係數變得處於其最大值處，並且增大液壓馬達14的排量使得由發電機20向電網中產生的功率增大。在步驟S48中，壓力傳感器Pl測量蓄能器中的壓力Pacc，且第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的壓力PH。然後過程前進到步驟S50，在該步驟中，將蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph相比較。如果在步驟S50中判定蓄能器60中的壓力Pacc大於高壓油管16中的壓力PH，則過程前進到步驟S52以通過ACC閥控制器38打開蓄能器閥62。相反，如果在步驟S50中判定蓄能器60中的壓力Pacc不大於高壓油管16中的壓力PH，則不執行步驟S52。以這種方式，在步驟S42中判定電網50的電壓恢復之後，在步驟S52中蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc大於高壓油管16中的壓力Ph的情形中打開，以便利用蓄能器60中的工作油的壓力來輔助液壓馬達14的旋轉。儘管圖7中未示出，但是在步驟S52中打開蓄能器閥62之後，能夠採取措施通過降低蓄能器60中的壓力來避免電網50的壓降的重現。例如，打開壓力安全閥63，而關閉蓄能器閥62，從而允許蓄能器60中的壓力經由蓄能器壓力安全管路61逃離到油箱(如果蓄能器壓力安全管路61連接到低壓油管路18，則壓力釋放到低壓油管18)以降低蓄能器60中的壓力。可替代地，能夠在關閉蓄能器閥62的同時降低囊式或活塞式蓄能器60中的空氣的壓力，以便降低蓄能器60中的工作油的壓力。相反，如果在步驟S42中判定電網50未恢復並且電網50的電壓保持與指定電壓相同或在指定電壓以下，則過程前進到步驟S54。在步驟S54中，判定電網50的電壓下降的狀態是否持續規定時段。並且如果判定該狀態持續規定時段，則過程移動至如下文所述的停止模式(步驟S56到S62)。相反，如果在步驟S54中判定該狀態未持續規定時段，則過程返回到步驟S42，在該步驟S42中，再次通過電網狀態判定單元54來判定電網50是否恢復。此處該規定時段指在電網規則中定義的時間。在步驟S56到S62中執行向停止模式的過渡。首先，在步驟S56中，泵控制器32和馬達控制器34減小液壓泵12和液壓馬達14的排量(近似為零)。接下來，在步驟S58中，第一壓力傳感器Pl測量蓄能器60中的壓力PACC，且第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的壓力PH。在步驟S58之後，過程前進到步驟S60，在該步驟中，將蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph相比較。如果在步驟S60中判定蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力PH，則過程前進到步驟S62，在該步驟S62中，ACC閥控制器38打開蓄能器閥62。相反，如果在步驟S60中判定蓄能器60中的壓力Pacc不低於高壓油管16中的壓力PH，則過程返回到步驟S42並且再次判定電網50的電壓是否返回到指定電壓或以上。 以這種方式，在步驟S54中判定電網50的電壓下降的狀態持續規定時段之後，在步驟S62中蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力Ph的情形中打開。由此，高壓油管16中的壓力被吸收在蓄能器60中，從而防止高壓油管16中的壓力太高或工作油的溫度由於安全閥72的驅動而升高。並且在步驟S62中打開蓄能器閥62之後，過程返回到步驟S42，從而電網狀態判定單元54再次判定電網50是否恢復。隨後，如果電網50恢復，則在步驟S44到S51中執行向正常操作模式的恢復操作。如果電網50未恢復,貝U在步驟S56到S62中風輪發電機系統I在停止狀態中備用。以這種方式，當電網的電壓下降時，葉片4的槳距角改變到順槳位置並且液壓泵12和液壓馬達14的排量降低至用於保持電網50與發電機20同步所需的量。由此，風輪發電機系統的操作能夠在不與電網50斷開的情況下繼續。換句話說，能夠實現在電網低壓狀態下的穿越功能。另外，當電網50的電壓下降時，蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力Ph的情形中打開，從而防止高壓油管16中的壓力太高或工作油的溫度由於安全閥72的驅動而升高。此外，當電網50的電壓下降的狀態持續規定時段時，將液壓泵12和液壓馬達14的排量控制為近似為零並且停止風輪發電機系統I的操作。然而，在該過程期間，如果蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中壓力PH，則蓄能器閥62打開，從而防止高壓油管16中的壓力太高或工作油的溫度由於安全閥72的驅動而升高。此外，當電網50恢復時，葉片4的槳距角改變到精確的位置，並且液壓泵12和液壓馬達14的排量設定為使得其功率係數變得最大，並且發電機20的轉速變得恆定。由此，能夠迅速地恢復其有效操作。在該過程中，蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc大於高壓油管16中的壓力Ph的情形中打開，以便利用蓄能器60中的工作油的壓力來輔助液壓馬達14的旋轉。另外，圖7示出了當蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力PH(步驟S38中為是)時，在步驟S40中蓄能器閥62打開的情形，但是不管壓力Pacc或壓力Ph中的哪一個更低，蓄能器閥62都可保持打開。更具體地，當判定電網50的電壓已降低至指定電壓或以下並且基於電網規則條款的狀態繼續時，控制單元可控制槳距驅動機構40使葉片4的槳距角朝著順槳位置改變，改變液壓泵12的排量以滿足轉子2的負載並且將液壓馬達14的排量降低至用於保持發電機20與電網50同步所需的量，並且保持蓄能器閥62打開，以便將從液壓泵12排出的工作油的壓力存儲在蓄能器60中。(陣風控制)圖8是顯示當出現陣風時的操作控制的流程圖。如圖中所示，首先，在步驟S70中風速獲取單元56獲得風速V。並且在步驟S72中，判定該風速V是否大於閾值Vth，即是否存在陣風。如果在步驟S72中判定風速V大於閾值Vth，則過程前進到步驟S74，在該步驟S74中，第一壓力傳感器Pl測量蓄能器60中的壓力PACC，且第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的壓力PH。相反，如果在步驟S72中判定風速V不大於閾值Vth，則過程返回到步 驟S70以重新獲得風速V。此處，閾值Vth例如可以為60m/s，其作為三秒鐘或更長時段的平均風速而獲得。在步驟S74中測量蓄能器60中的壓力Pacc和高壓油管16中的壓力Ph之後，過程前進到步驟S76，在該步驟S76中，將壓力Pacc與壓力Ph相比較。如果在步驟S76中判定蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓管路16中的壓力PH，則過程前進到步驟S78以通過ACC閥控制器38來打開蓄能器閥62。以這種方式，當出現陣風(風速V>閾值Vth)時，蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓管路16中的壓力Ph的情形中打開，以便在蓄能器60中吸收來自該高壓管路的壓力。同時，如果在步驟S76中判定蓄能器60中的壓力Pa。。不低於高壓管路16中的壓力PH，則過程返回到步驟S70以重新通過風速獲取單元56獲得風速V。在步驟S78中打開蓄能器閥62之後，在步驟S80中風速獲取單元56獲得風速V。在步驟S82中，判定該風速V是否已降低至閾值Vth或以下。如果在步驟S82中判定風速V已降低至閾值Vth或以下，則過程前進到步驟S84以保持蓄能器閥62打開。相反，如果風速V仍保持大於閾值Vth，則過程返回到步驟S80以重新獲得風速V。在步驟S84中保持蓄能器閥62打開之後，在步驟S86中第一壓力傳感器Pl測量蓄能器60中的壓力Pacc且第二壓力傳感器P2測量高壓油管16中的壓力PH。然後，在步驟S88中，判定蓄能器60中的壓力Pacc是否變得與高壓油管16中的壓力Ph相同。如果在步驟S88中判定蓄能器60中的壓力Pacc變得與高壓油管16中的壓力Ph相同，則過程前進到步驟S90以通過ACC閥控制38來關閉蓄能器閥62。相反，如果在步驟S88中判定蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph不同，則過程返回到步驟S84以保持蓄能器閥62打開。以這種方式，當出現陣風(風速V>閾值Vth)時，蓄能器閥62在蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓管路16中的壓力Ph的情形中打開以便在蓄能器60中吸收高壓管路16的壓力。當陣風的風速V降低至閾值Vth或以下時，蓄能器閥62保持打開，直到蓄能器60中的壓力Pacc變得與高壓油管16中的壓力Ph相同，以便釋放蓄能器60中的壓力。以這種方式，能夠將陣風對風輪發電機系統I的影響減到最小。如上所述，圖8示出了如下情形其中一旦風速V變得等於或低於閾值Vth那樣慢，則蓄能器閥62保持打開，直到蓄能器60中的壓力Pacc變得與高壓油管16中的壓力Ph相同，以便釋放蓄能器中的壓力PArc(S84到S88)。如果工作油經由蓄能器閥62瞬間地流入蓄能器60中並且蓄能器60中的壓力Pacc跟隨高壓油管16中的壓力Ph的變化而無延遲地改變，則也可跳過步驟S84到S88。另外，圖8示出了當蓄能器60中的壓力Pacc低於高壓油管16中的壓力PH(步驟S76中為是)時蓄能器閥62打開的情形，但是不管壓力Pacc或壓力Ph中的哪一個更低，蓄能器閥62都可保持打開。更具體地，當出現風速V大於指定閾值Vth的陣風時，控制單元保持蓄能器閥62打開，以便將從液壓泵12排出的工作油的壓力存儲在蓄能器60中，並且當陣風的風速V變得不大於指定閾值Vth時，控制單元保持蓄能器閥62打開以便利用蓄能器60中的工作油的壓力來輔助液壓馬達14的旋轉。(用以有效執行三種類型的操作控制的操作控制方法)接下來，對用於有效執行上述三種類型的操作控制的操作控制方法進行說明。根據該操作控制方法，兩個蓄能器60A和60B (參考圖3)用於不同的控制目的，並且作為用於有效地執行每個控制的準備，預先對蓄能器60A和60B的壓力進行調節。此處對如下示例進行說明，在該示例中，蓄能器60A用於風速低時的控制，而蓄能器60B用於電網電壓下降時以及出現陣風時的控制。將用於小風速時的控制的蓄能器60A稱為第一蓄能器60A，而將用於電網電壓下降時的控制以及出現陣風時的控制的蓄能器60B稱為第二蓄能器60B。另外，將設置用於蓄能器60A的蓄能器閥62a稱為第一蓄能器閥62A，而將設置用於蓄能器60B的蓄能器閥稱為第二蓄能器閥62B。首先，壓力傳感器Pl和P2測量第一蓄能器60A中的壓力PaccI和第二蓄能器60B中的壓力Pacc2以及高壓油管16中的壓力PH。並且，在第一蓄能器60A中的壓力PaccI低於第二蓄能器60B中的壓力PACC2的情形中，第一蓄能器閥62A打開以便在第一蓄能器60A中存儲壓力。壓力在第一蓄能器60A中的存儲優選在不大於發電機20不發電的切入風速的低風速下或在額定操作中執行以通過調節槳距角來控制輸出恆定，以便防止對風輪發電機系統I的發電效率的影響。以這種方式，第一蓄能器60A中的壓力PaccI總是保持相對高。相反，在第一蓄能器60A中的壓力PaccI高於第二蓄能器60B中的壓力PACC2的情形中，第二蓄能器閥62B打開以釋放第二蓄能器60B的壓力。以這種方式，第二蓄能器60B中的壓力PArc2總是保持相對低。以這種方式，通過保持第一蓄能器60A中的壓力PaccI相對高以用於風速低時的控制，當風速V在低於切入風速Vc之後重新變得不小於切入風速Vc時，能夠有效地利用第一蓄能器60A來輔助液壓馬達14的旋轉。另外，通過總是保持壓力PACC2相對低以用於電網電壓下降時以及出現陣風時的控制，當電網50的電壓下降時或當風速V超過閾值Vth時，能夠有效地利用第二蓄能器60B來吸收高壓油管16中的壓力。上文說明了如下情形其中預先決定第一蓄能器60A的使用和第二蓄能器60B的使用(第一蓄能器60A用於低風速下的控制，而第二蓄能器60B用於低電網電壓下或出現陣風時的控制)。然而，第一蓄能器60A和第二蓄能器60B的使用可根據情形而適當地改變。
例如，定期地測量第一蓄能器60中的壓力PaccI和第二蓄能器60B中的壓力PACC2，並且將具有較高測量壓力的蓄能器用於風速低時的控制，而將具有較低測量壓力的蓄能器用於電網的電壓下降時或出現陣風時的控制。如上所述，在該優選實施例中，控制單元30的ACC閥控制器38基於風速和由電網狀態判定單元54判定的電網50的狀態中的至少一個以及由第一壓力傳感器Pl測量的蓄能器60中的壓力和由第二壓力傳感器P2測量的高壓油管16中的壓力來控制蓄能器閥62的打開和關閉。因此，不僅能夠提高低風速下和出現陣風時的操作效率和安全性而且能夠實現在電網低壓狀態下的穿越功能。儘管已參照示例性實施例對本發明進行了描述，但是將理解的是本發明不限於所公開的示例性實施例並且在所附權利要求的範圍內，修改和變形是可能的。例如，在上述優選實施例中，對通過ACC閥控制器38控制蓄能器閥62的打開和關閉的示例進行了說明。然而，蓄能器閥62的打開可根據蓄能器60中的壓力Pa。。與高壓油管16中的壓力Ph之間的壓力差來調節。例如，當蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph之間的壓力差大時，蓄能器閥62逐漸打開(使蓄能器閥62的打開量逐漸變大)以便抑制由蓄能器閥62的打開導致的高壓油管16中的壓力波動。同時，當蓄能器60中的壓力Pacc與高壓油管16中的壓力Ph之間的壓力差小時，蓄能器閥62迅速打開(使蓄能器閥62的打開量迅速變大)以便迅速地響應情況的變化。附圖標記列表I風輪發電機2 轉子4 葉片6 轂8 主軸10液壓傳動裝置12液壓泵14液壓馬達16高壓油管18低壓油管20發電機22 短艙24 塔架26 基座30控制單元32泵控制器34馬達控制器36槳距控制器38 ACC閥控制器40槳距驅動機構
42液壓缸44伺服閥46油壓源48蓄能器50電網系統52不間斷電源54電網狀態判斷單元60A第一蓄能器·60B第二蓄能器61蓄能器壓力安全管路62A第一蓄能器閥62B第二蓄能器閥63蓄能器壓力安全管路64防波動蓄能器66濾油器68冷油器70旁通管路72安全閥80 油箱82補充管路84增壓泵86濾油器88回流管路89低壓安全閥
權利要求
1.一種風輪發電機系統,包括 轂； 主軸，所述主軸聯接到所述轂； 發電機，所述發電機與電網同步； 可變排量式的液壓泵，所述液壓泵由所述主軸驅動； 可變排量式的液壓馬達，所述液壓馬達連接到所述發電機； 高壓油管，所述高壓油管布置在所述液壓泵的排出側與所述液壓馬達的進口側之間； 低壓油管，所述低壓油管布置在所述液壓泵的進口側與所述液壓馬達的排出側之間； 蓄能器，所述蓄能器經由蓄能器閥連接到所述高壓油管；以及 控制單元，所述控制單元控制所述液壓泵、所述液壓馬達和所述蓄能器閥； 其中，所述控制單元基於風速和所述電網的狀態中的至少一個來控制所述蓄能器閥的打開和關閉。
2.根據權利要求I所述的風輪發電機系統，進一步包括電網狀態判定單元， 其中，所述電網的狀態由所述電網狀態判定單元來判定。
3.根據權利要求2所述的風輪發電機系統，進一步包括 旁通油管，所述旁通油管布置在所述高壓油管與所述低壓油管之間，以繞過所述液壓馬達；以及 安全閥，所述安全閥布置在所述旁通油管中，以維持所述高壓油管中的液壓壓力不大於標定壓力。
4.根據權利要求2所述的風輪發電機系統，進一步包括 第一壓力傳感器，所述第一壓力傳感器檢測所述蓄能器中的壓力；以及 第二壓力傳感器，所述第二壓力傳感器檢測所述高壓油管中的壓力。
5.根據權利要求3所述的風輪發電機系統， 其中，當風速低於切入風速時，所述控制單元將所述液壓馬達的排量控制成近似為零，並且保持所述蓄能器閥打開，以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中。
6.根據權利要求5所述的風輪發電機系統， 其中，當風速不小於所述切入風速時，所述控制單元保持所述蓄能器閥打開，以便利用所述蓄能器中的工作油的壓力來輔助所述液壓馬達的旋轉。
7.根據權利要求4所述的風輪發電機系統， 其中，當風速低於切入風速時，所述控制單元將所述液壓馬達的排量控制成近似為零，並且打開所述蓄能器閥以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中，並且當由所述第一壓力傳感器檢測的所述蓄能器中的壓力達到預先決定的閾值時關閉所述蓄能器閥。
8.根據權利要求7所述的風輪發電機系統， 其中，當風速不小於所述切入風速時，在由所述第一壓力傳感器檢測的所述蓄能器中的壓力高於由所述第二壓力傳感器檢測的所述高壓油管中的壓力的情形中，所述控制單元打開所述蓄能器閥以便利用所述蓄能器中的工作油的壓力來輔助所述液壓馬達的旋轉。
9.根據權利要求3所述的風輪發電機系統，進一步包括槳距驅動機構，所述槳距驅動機構調節被安裝在所述轂上的葉片的槳距角， 其中，當所述電網狀態判定單元判定電網的電壓已降低至指定電壓或以下並且基於電網規則條款的狀態繼續時，所述控制單元能夠控制所述槳距驅動機構，以使所述葉片的槳距角朝著順槳位置改變，改變所述液壓泵的排量以滿足所述轉子的負載並且將所述液壓馬達的排量降低至用於保持所述發電機與所述電網同步所需的量，並且保持所述蓄能器閥打開以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中。
10.根據權利要求9所述的風輪發電機系統， 其中，當所述電網狀態判定單元判定所述電網的電壓開始恢復時，所述控制單元使所述葉片的槳距角朝著精確的位置改變，並且將所述液壓泵的排量設定成使得功率係數變得處於其最大值處，並且增大所述液壓馬達的排量，使得由所述發電機向所述電網中產生的功率增大。
11.根據權利要求4所述的風輪發電機系統，進一步包括 槳距驅動機構，所述槳距驅動機構調節被安裝在所述轂上的葉片的槳距角， 其中，當所述電網狀態判定單元判定所述電網的電壓已降低至指定電壓或以下並且基於電網規則條款的狀態繼續時，所述控制單元能夠控制所述槳距驅動機構，以使所述葉片的槳距角朝著順槳位置改變，改變所述液壓泵的排量以滿足所述轉子的負載並且將所述液壓馬達的排量降低至用於保持所述發電機與所述電網同步所需的量，並且在由所述第一壓力傳感器檢測的所述蓄能器中的壓力低於由所述第二壓力傳感器檢測的所述高壓油管中的壓力的情形中、打開所述蓄能器閥以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中。
12.根據權利要求7所述的風輪發電機系統， 其中，當所述電網狀態判定單元判定所述電網的電壓開始恢復時，所述控制單元將所述葉片的槳距角改變到精確的位置，並且將所述液壓泵的排量設定成使得功率係數變得處於其最大值處，並且增大所述液壓馬達的排量使得由所述發電機向所述電網中產生的功率增大。
13.根據權利要求9或11所述的風輪發電機系統，進一步包括 不間斷電源，當所述電網的電壓變為零時，所述不間斷電源向所述槳距驅動機構供應電功率。
14.根據權利要求9或11所述的風輪發電機系統，進一步包括 不間斷電源，當所述電網的電壓變為零時，所述不間斷電源向所述液壓泵和所述液壓馬達供應電功率。
15.根據權利要求11或12所述的風輪發電機系統，進一步包括 油箱，所述油箱存儲工作油，並且連接到所述低壓油管； 蓄能器壓力安全管路，所述蓄能器壓力安全管路設置在所述蓄能器閥與所述蓄能器之間，並且連接到所述低壓油管或所述油箱中的一個；以及 壓力安全閥，所述壓力安全閥設置在所述蓄能器壓力安全管路中， 其中，當所述電網狀態判定單元判定所述電網的電壓恢復時，所述控制單元打開所述壓力安全閥，以允許所述蓄能器中的壓力逸出到所述低壓油管或所述油箱中的一個。
16.根據權利要求3所述的風輪發電機系統，進一步包括其中，當出現風速大於指定閾值的陣風時，所述控制單元保持所述蓄能器閥打開，以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中， 並且，當陣風的風速變得不大於所述指定閾值時，所述控制單元保持所述蓄能器閥打開，以便利用所述蓄能器中的工作油的壓力來輔助所述液壓馬達的旋轉。
17.根據權利要求16所述的風輪發電機系統， 其中，所述指定閾值是60米/秒，其作為對於三秒鐘或更長時段的平均風速而獲得。
18.根據權利要求4所述的風輪發電機系統， 其中，當出現風速大於指定閾值的陣風時，在由所述第一壓力傳感器檢測的所述蓄能器中的壓力低於由所述第二壓力傳感器檢測的所述高壓油管中的壓力的情形中，所述控制單元打開所述蓄能器閥以便將從所述液壓泵排出的工作油的壓力存儲在所述蓄能器中；並 且 當陣風的風速變得不大於所述指定閾值時，所述控制單元保持所述蓄能器閥打開，直到由所述第一壓力傳感器檢測的所述蓄能器中的壓力變得與由所述第二壓力傳感器檢測的所述高壓油管中的壓力相同。
19.根據權利要求18所述的風輪發電機系統， 其中，所述指定閾值是60米/秒，其作為對於三秒鐘或更長時段的平均風速而獲得。
20.根據權利要求18所述的風輪發電機系統，進一步包括 油箱，所述油箱存儲工作油，並且連接到所述低壓油管； 蓄能器壓力安全管路，所述蓄能器壓力安全管路設置在所述蓄能器閥與所述蓄能器之間，並且連接到所述低壓油管和所述油箱中的一個；以及 壓力安全閥，所述壓力安全閥設置在所述蓄能器壓力安全管路中， 其中，當出現風速大於指定閾值的陣風時，所述控制單元打開所述壓力安全閥，以允許所述蓄能器中的壓力逸出到所述低壓油管和所述油箱中的一個。
21.根據權利要求I所述的風輪發電機系統，進一步包括 油箱，所述油箱存儲工作油；以及 增壓泵，所述增壓泵利用來自所述油箱的工作油來補充所述低壓油管。
22.根據權利要求21所述的風輪發電機系統，進一步包括 回流管路，所述回流管路使所述低壓油管中的工作油返回到所述油箱；以及 低壓安全閥，所述低壓安全閥布置在所述回流管路中，以維持所述低壓油管中的液壓壓力近似處於標定壓力。
23.一種風輪發電機系統的操作控制方法，所述風輪發電機系統包括轂；聯接到所述轂的主軸；與電網同步的發電機；由所述主軸驅動的可變排量式的液壓泵；連接到所述發電機的可變排量式的液壓馬達；布置在所述液壓泵的排出側與所述液壓馬達的進口側之間的高壓油管；布置在所述液壓泵的進口側與所述液壓馬達的排出側之間的低壓油管；以及經由蓄能器閥連接到所述高壓油管的蓄能器，所述方法包括 基於風速和由電網狀態判定單元判定的所述電網的狀態中的至少一個來控制所述蓄能器閥的打開和關閉的步驟。
全文摘要
本發明的目的是提供一種風輪發電機系統及其操作控制方法，其在低風速下以及在出現陣風期間具有優良的操作效率和穩定性並且具有在電網低壓狀態下的穿越功能。該風輪發電機1包括由主軸8旋轉的可變排量式的液壓泵12、連接到發電機20的可變排量式的液壓馬達14以及布置在液壓泵12與液壓馬達14之間的高壓油管16和低壓油管18。蓄能器60經由蓄能器閥62連接到高壓油管16。ACC閥控制單元38基於風速和電網50的狀態中的至少一個來控制蓄能器閥62的打開和關閉。
文檔編號F03D11/00GK102959239SQ201080003069
公開日2013年3月6日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者堤和久, 清水將之, 尼爾·考德威爾, 丹尼爾·杜姆挪夫, 威廉·蘭彭, 文卡塔·帕帕拉 申請人:三菱重工業株式會社