[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及用于从可再生能源提取能量的能量提取装置，例如用于从风中提取能量的风力涡轮发电机。根据本发明的能量提取装置具有液压传动装置，其包括被转轴驱动的液压泵和驱动负载(诸如发电机)的液压马达。

背景技术

现在将参考从风提取能量的风力涡轮发电机(WTG)作为能量提取装置来讨论本发明的技术背景，然而，同样的原理也适用于用来从其它可再生能源提取能量的其它类型的能量提取装置，并且适用于那些带有驱动其它类型的负载(至少一些能量可以从所述负载回收)的马达的能量提取装置。

在利用发电机为电网产生电力的WTG或其它能量提取装置的情况中，由于发电机的运行相当数量的能量可能被损失掉而非被传递到电网。发电机由于摩擦损失能量，并且典型地，由于所谓的“绕组损失”，独立于它们的转速或激励电流也消耗相当数量的能量。这些损耗可能是重大的，并且会显著降低发电的效率，尤其是在最大功率输出的小部分的情况下。然而，对于风力和其它可再生能源，能量捕获率典型地会变化，因而重要的是发电要在一定功率水平范围中有效。

US4,274,010(Lawson-Tancred)公开一种WTG，其中风力涡轮机通过液压回路联接到发电机，所述液压回路包括采用加载有重量的活塞形式的工作流体容器。发电机能够被关闭一段时间，在这期间工作流体储存在活塞中，然后在固定功率下被驱动一段时间。一旦储存的工作流体被耗尽，发电机被再次关闭。这样，由于具有通过发电机的功率损耗被最小化的时间段，减小了能量损耗。有利的是，在发电机被关闭并由此处于休眠模式下的同时风力涡轮机可以继续转动并储存能量。

还知道提供一种WTG，其具有液压传动装置，该液压传动装置包括并联连接的两个发电机。在最大功率输出的大于50％处，至少一个发电机在所有时间打开，并且两个发电机在某些时间都被打开。在最大功率输出的低于50％处，一个发电机在某些时间被打开，并且两个发电机在其余时间都关闭。可以将两个以上发电机并联连接，并且其中两个发电机并非相等尺寸的装置也是可以的。

然而，需要相当大的能量来使发电机(例如同步发电机)返回到以用于电网的正确频率和相位提供电力所要求的速度。因此，已经发现，在源自上述手段的能量效率上的改进是有限的。

因而，本发明寻求解决下述技术问题：降低能量提取装置中的源自发电机运行的能量损失，其中所述能量提取装置具有液压传动装置，所述液压传动装置包括由转轴驱动的液压泵和驱动负载的液压马达。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种从可再生能源提取能量的能量提取装置，该装置包括控制器和液压回路，该液压回路包括：

至少一个液压泵和至少一个液压马达，

所述液压泵或每个液压泵由转轴驱动，所述转轴被可再生能源驱动，

所述液压马达或每个液压马达驱动负载，液压回路还包括低压歧管和高压歧管，所述低压歧管从所述至少一个液压马达运送工作流体到所述至少一个液压泵，所述高压歧管从所述至少一个液压泵运送流体到所述至少一个马达，所述液压泵或每个液压泵和所述液压马达或每个液压马达每个包括周期性改变容积的多个工作室以及多个阀，所述阀用于调节工作流体在每个工作室与高压歧管和低压歧管之间的净排量，与每个工作室相关的至少一个阀为电子控制阀，所述电子控制阀能够由控制器操作以选择由每个所述工作室在工作室容积的每个循环中排出的工作流体的体积，并由此调节所述至少一个液压泵和所述至少一个液压马达的工作流体净排出速率，

其特征在于，所述一个或更多液压马达能够在活动状态和休眠状态之间切换，至少一个液压马达能操作以执行泵送循环，其中控制器构造成使所述至少一个液压马达在相应马达被切换到休眠状态时执行一个或更多泵送循环，以便由此利用来自相应负载的能量将工作流体从低压歧管泵送到高压歧管。

这样，从负载回收能量并用于加压从低压歧管接收的工作流体，并将工作流体输出到高压歧管，直接地或者间接地(例如输出到与高压歧管连续地或选择性地流体连通的加压工作流体仓库)。能量因此被储存并且以后通过执行进一步的马达驱动循环能够用来将能量返回到负载，以提高整体能量效率。

在例如由于惯性，负载能够在一段时间内供应能量的情形中，本发明是有用的。可以是这样的情况：负载为具有转子的发电机，而来自相应负载的能量是来自转子的转动的转动动能。因而，转子的转动动能至少在一定程度上被回收并用于加压工作流体，由此储存能量而在以后用于加速转子直到它再次达到与电网同步的频率和相位。