Предложены система выработки электрической энергии с приводом от турбины и способ управления такой системой. Система (1) содержит турбину (2), выполненную с возможностью приведения в действие посредством текучей среды (3), имеющей скорость (v) текучей среды, изменяющуюся во времени. Турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), также соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) в качестве части системы гидростатической передачи. Система содержит систему (15, 15а) управления с замкнутым контуром, выполненную с возможностью непрерывного приема сигнала (11) скорости (v) текучей среды, а также непрерывного приема сигнала (12m) скорости вращения турбины, вычисления сигнала (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8), для поддержания уставки по коэффициенту скорости концов лопаток и достижения повышенного энергетического КПД системы (1) во время флуктуации скорости текучей среды.

[0001] Система (1) выработки электрической энергии с приводом от турбины, содержащая

[0002] Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), при этом заданная требуемая частота (fжел) является частотой (fсети) электрической сети (14), влияющей на частоту (fг) электрического генератора (9) или доминирующую над ней, посредством чего обеспечивается работа генератора (9) на частоте электрической сети (14).

[0003] Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) соединен с локальной системой (13), потребляющей энергию и имеющей частоту, на которую влияет электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (fг), при этом заданная требуемая частота (fжел) представляет собой фиксированную требуемую частоту (fлок) локальной системы (13), потребляющей энергию.

[0004] Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) является синхронным генератором.

[0005] Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический генератор (9) является асинхронным генератором.

[0006] Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик (18m) скорости вращения двигателя, обеспечивающий сигнал (18s) скорости двигателя, отображающий скорость ( ωг) вращения двигателя (8) для ввода в систему (15) управления.

[0007] Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит

[0008] Система (1) по п.1, отличающаяся тем, что система (7) гидростатической передачи представляет собой систему (7) гидростатической передачи с замкнутым контуром.

[0009] Система (1) по п.6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит контур (15е) возбуждения для дополнительной стабилизации частоты выходного напряжения и обеспечения реактивной энергии (Хс).

[0010] Система (1) по п.1, отличающаяся тем, что содержит расположенную между выпускным патрубком и впускным патрубком насоса (6) гидравлическую магистраль с воздушным клапаном (31а) и отсечным клапаном (31b), и трехходовой клапан (31с), расположенный на основной выходной магистрали из насоса (6) и выполненный с возможностью перенаправления потока, идущего из насоса в двигатель, таким образом, что этот поток направляется через воздушный клапан и отсечной клапан и возвращается в насос.

[0011] Способ управления системой (1) выработки электрической энергии с приводом от турбины, причем система (1) выработки электрической энергии содержит турбину (2), выполненную с возможностью приведения ее в действие с помощью текучей среды (3), скорость (v) которой может изменяться во времени, при этом турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) системой (7) гидростатической передачи,

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе выработки электрической энергии с приводом от турбины и способу управления такой системой. Более конкретно, изобретение относится к системе выработки электрической энергии, в которой турбина приводится в действие текучей средой, при этом скорость текучей среды изменяется во времени, а турбина приводит в действие гидростатический объемный насос, соединенный с гидростатическим объемным двигателем в системе гидростатической передачи, при этом двигатель также приводит в действие электрический генератор, подающий энергию переменного тока на частоте, близкой к заданной желаемой частоте. Измерения скорости текучей среды, измерения скорости турбины и измерения скорости гидростатического двигателя или генератора можно использовать в качестве входных сигналов в систему управления рабочим объемом двигателя для вычисления сигнала управления, предназначенного для управления рабочим объемом гидростатического двигателя.

Предшествующий уровень техники

Обычно энергия из систем ветряных турбин передается механически, либо непосредственно, либо с помощью редуктора, изменяющего скорость вращения, в генератор. Генератор может быть соединен с электрической сетью или электроэнергетической системой таким образом, что он вынужден вращаться на синхронной частоте и поэтому с фиксированной скоростью, а отсюда следует, что генератор будет работать как двигатель, если на турбину не подается механический крутящий момент или энергия соответствующего уровня, и поэтому сеть может приводить в действие генератор и турбину через редуктор. В данной области техники известно, что угол наклона лопаток турбины в гидравлической системе можно изменять либо получая максимальную энергию от турбины при заданной скорости ветра, либо ограничивая энергию желаемым уровнем, если скорость ветра превышает расчетный предел. Когда скорость турбины поддерживается постоянной с помощью генератора, угол наклона лопаток можно изменять для поддержания максимального КПД, а значит и максимальной энергии, отдаваемой турбиной в некотором диапазоне скоростей ветра. Недостаток, возникающий при управлении турбиной путем коррекции угла наклона, заключается в том, что время отклика при адаптации системы к изменению скоростей ветра может быть малым.

Ветряные и водяные турбины в настоящее время являются важными устройствами для выработки энергии. Вследствие недостатков известных гидравлических передач для ветроэнергетических установок, одним из постулатов, характерных для проектирования таких установок, является использование узла турбогенератора с редуктором, имеющим большое передаточное отношение (далее в тексте - редуктором), наверху мачты турбины. Эта конструкция вносит ряд проблем проектирования, что ограничило габариты и отдаваемую энергию установок и снизило их КПД. Использование редукторов увеличило вес и стоимость ветроэнергетических установок, а также шум, связанный с ними. Кроме того, это вынудило использовать энергоустановку с одним агрегатом, вследствие чего стоимость и вес каждого агрегата возросли.

В альтернативном способе передачи энергии турбины используется система гидростатической передачи, состоящая из гидростатического насоса и гидростатического двигателя. Гидростатический насос приводится в действие турбиной, которая подает текучую среду в гидравлический двигатель, соединенный с генератором. Надлежащий выбор рабочих объемов насоса и двигателя обеспечивает желаемое отношение скоростей между турбиной и генератором, а использование переменного рабочего объема двигателя позволяет изменять отношение скоростей.

В описании патента US № 4503673 (Schachles, 1979) указано, что гидравлическое давление, развиваемое турбонасосом, измеряют и сравнивают с начальным значением, которое изменяется вместе со скоростью ветра. Если давление ниже, чем значение уставки, то рабочий объем двигателя увеличивают, тем самым увеличивая скорость турбины до тех пор, пока реальное давление и уставка по давлению не окажутся равными. Таким образом, когда скорость ветра растет, это приводит к увеличению скорости турбины таким образом, что начальное значение изменяется вместе со скоростью ветра, что позволяет получить постоянный коэффициент окружной скорости концов лопаток (К).

Измерение скорости вращения турбины и использование его в качестве входного сигнала для системы управлении в соответствии с настоящим изобретением обладает несколькими преимуществами по сравнению с системой, в которой измерения давления используются для управления скоростью генератора, как описано в патенте US № 4503673. Эти преимущества заключаются в

повышенной точности рабочей точки для максимального КПД; причина этого заключается в низкой скорости изменения гидравлического давления с изменениями в скорости турбины при некоторой заданной скорости ветра, которая может вызывать неопределенность в работе турбины; также вероятно, что графическая кривая может оказаться вогнутой кверху, что может усугубить эту проблему; при использовании управления скоростью турбины можно точнее определить скорость, которая приводит к максимальному КПД турбины;

на основании вышесказанного и учитывая, каким образом нарастает гидравлическое давление в системе, вероятно, что возможны проблемы с обеспечением адекватного динамического отклика для системы управления давлением; в этом случае, чтобы избежать неустойчивости, значение коэффициента усиления контроллера пришлось бы задать на уровне, который обусловил бы дополнительное негативное влияние на точность системы в установившемся состоянии.

Предложены различные энергоустановки с одним или несколькими агрегатами и с гидравлической передачей между силовым агрегатом (силовыми агрегатами) и электрическим генератором. Упомянутый один или несколько силовых агрегатов могут быть ветряными турбинами, водяными турбинами, например, для приливных электростанций или электростанций, работающих за счет энергии волн. Такие передачи могут обеспечить работу многочисленных агрегатов привода для эксплуатации одного гидравлического двигателя, соединенного с электрическим генератором, насосом или другой рабочей машиной.

Ветроэнергетические установки с ветряной турбиной, которая снабжает энергией гидравлический насос и обеспечивает передачу на гидравлический двигатель, известны уже давно.

В патенте GE № 3025563 (Galzoni, 1980) предложена гидравлическая передача для ветроэнергетических установок, в которой управление запуском осуществляется вручную с помощью шунтирующего клапана, а максимальное рабочее давление ограничивается клапаном управления давлением. Управление для поддержания фиксированной скорости гидравлического двигателя или оптимизации работы турбины не предусмотрено.

В патенте JP № 61212674 (Matsushita Seiko, 1986) описана ветроэнергетическая установка с узлом гидравлического насоса и электрического генератора, расположенным на фундаменте мачты ветряной турбины.

В публикации WO 94/19605 (Gelhard, 1994) описана ветроэнергетическая установка с несколькими турбинными агрегатами, которые можно соединять для эксплуатации одного гидравлического двигателя с генератором, находящимся на фундаменте одного из агрегатов.

Из патента US № 4503673 (Schachle et al., 1985) известна ветроэнергетическая установка, соединенная с гидравлическим насосом и двигателем с переменным рабочим объемом, подсоединенными с возможностью приведения в действие электрического генератора. Во время работы на постоянной скорости поток в двигатель пропорционален его рабочему объему. В случае возрастания скорости турбины рабочий объем двигателя надо увеличивать, чтобы обеспечить рост расхода через двигатель.

В публикации WO 03/098037 (MLH Global, 2003) описана ветряная турбина с переменным рабочим объемом, обеспечивающая гидростатическую передачу с компенсацией давления. Основная задача этого устройства заключается в управлении «избыточными » нагрузками. Для этого предложено средство для изменения рабочего объема передачи в ответ на изменения давления в пределах гидравлического контура. Предложенное управление рабочим объемом осуществляется во время запуска и не используется во время нормальной работы.

В связи с ветряными турбинами, предусматривающими эксплуатацию электрического генератора с фиксированным отношением скоростей, известны различные системы управления углом наклона лопаток турбин. В публикации WO 09/07996 описана система управления, которая не пригодна для гидравлической передачи.

Из патента US № 4622473 (Curry, 1986) известна возможность подачи энергии в гидравлический двигатель из группы гидравлических насосов, приводимых в действие энергией волн, причем этот двигатель, в свою очередь, питает электрический генератор. Эта система не имеет системы гидравлического управления для поддержания какой-либо конкретной частоты.

В патенте FR № 2755474 описана система гидравлической передачи для использования в ветряных турбинах. Передачей управляет сервосистема с замкнутым контуром, которая имеет детектор скорости, измеряющий скорость вращения генератора, и регулятор, принимающий выходной сигнал от этого детектора и использующий его для управления углом наклона пластины в насосе с переменным расходом. Эта система управления не измеряет скорость вращения турбины или скорость ветра и не может быть использована для повышения КПД на основании оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток.

В заявке на патент US 2005/0194787 описана система управления с тремя уровнями управления для ветроэнергетической установки с гидродинамической зубчатой передачей, при этом ветроэнергетическая установка соединена с электрической сетью. Контроллер управляет угловым положением лопаток ротора и/или управляет заданием параметров реагирующего элемента гидродинамического преобразователя скорости и/или управляет силовой электроникой генератора. Этот контроллер имеет предварительно определенные характеристики уставок, зависящие от рабочих состояний ветроэнергетической установки и/или электрической сети или характеристик ветра. Силовая передача, как таковая, является механической зубчатой передачей.

В заявке на патент JP № 11287178 описана вырабатывающая энергию система с ветряной турбиной, содержащая гидравлический насос и гидравлический двигатель в гидростатической системе с замкнутым контуром для привода электрического генератора. Скорость вращения узла электрического генератора и гидравлического двигателя измеряют и используют в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом для поддержания скорости генератора, а значит и выходной частоты, стабильной при флуктуациях скоростей ветра. В качестве альтернативного подхода к измерению скорости вращения генератора в документе также описана система, в которой давление рабочей жидкости на стороне высокого давления системы гидравлической передачи измеряют и используют в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом для поддержания скорости генератора, а значит и частоты генератора, стабильной при флуктуациях скоростей ветра.

В патенте US № 6911743 В2 описана вырабатывающая энергию система с ветряной турбиной, содержащая основную передачу с приводом от зубчатых колес, предназначенную для передачи энергии ветра в генератор. Система гидравлической передачи с переменным рабочим объемом работает параллельно системе с приводом от зубчатых колес. И передачи с приводом от зубчатых колес, и обеспечивающий гидравлическую передачу насос приводятся в действие винтом с помощью делительной зубчатой передачи. На стороне генератора гидравлический двигатель изменяет передаточное отношение планетарной зубчатой передачи, взаимосвязанное с механической передачей и валом генератора. Чтобы получить фиксированную скорость вращения генератора при флуктуирующих скоростях ветра, измеряют скорость ветра и используют ее в качестве входного сигнала для контроллера, который выполнен с возможностью изменения рабочего объема гидравлического двигателя с переменным рабочим объемом и насоса в соответствии с измеренной скоростью ветра.

Краткое изложение существа изобретения

Для любой турбины не обязательно преобразовывать всю кинетическую энергию, присущую ветру, в энергию вала, потому что ветер должен иметь возможность покинуть турбину. Теоретическая максимальная энергия, которую можно было бы получить в турбине, по отношению к кинетической энергии, присущей массе, движимой ветром, представляет собой так называемый предел Беца: С _{Э max} =0,59, как известно специалисту в данной области техники. Это проиллюстрировано на фиг. 4а, где показан воображаемый объемный ветровой цилиндр, движущийся со скоростью ветра, продуваемого сквозь вращающийся винт ветровой турбины. Окружность, описываемая концом лопатки вращающегося ветряка, отображает область, охватываемую турбиной, и при этом показана длина цилиндра воздуха, проходящего через турбину за один оборот турбины. Когда скорость ветра возрастает, воображаемый цилиндр быстрее движется по направлению к турбине, а скорость вращения турбины или угол наклона лопаток должна или должен изменяться для использования всей энергии массы, движимой ветром. Отношение между окружной скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра называется коэффициентом скорости концов лопаток (К). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток отображает линейную зависимость между скоростью турбины и ветром (фиг. 4b). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток будет изменяться в зависимости от конструкции турбины. Турбина с 4 лопатками будет в типичном случае иметь меньший оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток, чем турбина с 2 лопатками. На фиг. 4с показана диаграмма зависимости энергетического коэффициента С _Э от К, т.е. от коэффициента скорости концов лопаток, при заданной конструкции турбины. Энергетический коэффициент С _Э в данном примере имеет максимальное значение С _Э около 0,4 при значении К около 6. Если турбина начинает двигаться медленнее, т.е. если уменьшается коэффициент скорости концов лопаток, то энергетический коэффициент снижается. Точно так же, если турбина движется слишком быстро, т.е. если коэффициент скорости концов лопаток увеличивается, то энергетический коэффициент тоже будет снижаться. Таким образом, важно поддерживать коэффициент скорости концов лопаток как можно ближе к значению, которое дает максимальный энергетический коэффициент в вершине кривой. Это также можно заметить, наблюдая за изменением гидравлического давления в замкнутом контуре в зависимости от скорости вращения турбины и скорости ветра. Это показано на фиг. 4d, в соответствии с которой при возросшей скорости ветра нужно увеличивать скорость турбины, чтобы максимизировать давление в замкнутом контуре. Вместе с тем, максимальный КПД турбины не обязательно должен совпадать с максимальным гидравлическим давлением.

Таким образом, следует корректировать скорость вращения, допустимую для турбины, в соответствии с изменениями скорости ветра, что достигается путем измерения гидростатического рабочего объема двигателя относительно гидростатического рабочего объема насоса турбины, а двигатель и генератор при этом продолжают работать на скорости вращения, обеспечивающей желаемую частоту энергии.

В наиболее распространенных вырабатывающих энергию системах генератор должен работать на заданной частоте, а управление частотой осуществляется либо с помощью электрической сети, в которую выдает энергию генератор, либо с помощью характеристик потребляющей энергию системы, на которую энергия расходуется. В предлагаемой системе рабочий объем двигателя образует часть системы гидравлического управления с замкнутым контуром, так что когда скорость турбины отличается от той, которая соответствует значению уставки, разность между значениями скоростей вызовет изменение рабочего объема двигателя до тех пор, пока генератор не станет работать на скорости, близкой к значению уставки. Кроме того, изменяя угол наклона лопаток турбины в зависимости от скорости ветра, можно настроить турбину на максимальный КПД даже когда гидростатический двигатель и генератор вынуждены работать на желаемой скорости, а значит и на желаемой частоте.

Важной решаемой задачей является фактическое расположение основной массы вырабатывающей энергию системы в ветроэнергетической системе. Расположение генератора на расстоянии от верхней части мачты в ветроэнергетической системе приведет к удалению большой доли массы от верхней части мачты ближе к грунту. Расположение генератора на уровне грунта дополнительно облегчит наблюдение за генератором и его техническое обслуживание, позволяя расположить генератор на расстоянии от турбины, для чего нужно использовать средство передачи энергии, такое как система гидростатической передачи. Использование гидростатической передачи для передачи энергии, вырабатываемой ветряной турбиной, предложено в нескольких патентных публикациях и предусматривает расположение агрегата, содержащего двигатель и генератор на грунте, на расстоянии от турбины. Однако системы, описанные в известном уровне техники, имеют много недостатков.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является управление скоростью двигателя, когда генератор является автономным, связанным с переменным потреблением энергии и не синхронизированным с большой электрической сетью.

Согласно изобретению, также предложено управление скоростью в замкнутом контуре как для турбины, так и для двигателя, а значит и для генератора, когда генератор не соединен с электрической сетью.

Поставленная задача решена, согласно изобретению, путем создания системы выработки электрической энергии с приводом от турбины, указанная система содержит турбину, выполненную с возможностью приведения в действие с помощью текучей среды, имеющей скорость v текучей среды, изменяющуюся во времени, причем турбина соединена с гидростатическим объемным насосом, также соединенным с гидростатическим объемным двигателем в качестве части системы гидростатической передачи, при этом двигатель выполнен с возможностью приведения в действие электрического генератора, подающего энергию переменного тока на частоте f _г , близкой к заданной желаемой частоте f _жел . Система, согласно изобретению, является системой управления с замкнутым контуром, выполненной с возможностью использования одного или нескольких измерений скорости в качестве входных сигналов для непрерывного вычисления сигнала управления для исполнительного механизма управления рабочим объемом, воздействующего на гидростатический двигатель и выполненного с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема d гидростатического двигателя.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения система выработки электрической энергии дополнительно выполнена с возможностью непрерывного приема сигнала скорости, отображающего скорость v текучей среды из спидометра текучей среды, и с возможностью непрерывного приема сигнала скорости вращения турбины, отображающего измерение скорости со вращения турбины 2, из датчика 12m скорости вращения турбины. На основании упомянутых сигналов скорости ветра и скорости вращения турбины вычисляется сигнал (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема d гидростатического двигателя 8.

Таким образом, систему в соответствии с изобретением можно использовать для поддержания уставки по коэффициенту скорости концов лопаток турбины, и тем самым, достижения повышенного энергетического КПД вырабатывающей энергию системы во время флуктуаций скорости v текучей среды.

Измерение скорости вращения турбины с использованием этой скорости в качестве входного сигнала в систему управления согласно изобретению имеет несколько преимуществ по сравнению с системой, в которой измерения давления используются для управления скоростью генератора (например, патент US № 4503673). Эти преимущества включают в себя повышенную точность рабочей точки для максимального КПД. Причиной является низкая скорость изменения гидравлического давления с изменениями скорости турбины для заданной скорости ветра, что могло бы привести к неопределенности работы турбины. Также вероятно, что графическая кривая может оказаться вогнутой кверху, что может усугубить эту проблему. При управлении скоростью турбины можно точнее определить скорость, которая приводит к максимальному КПД турбины. В результате вышеизложенного, а также ввиду того, каким образом нарастает гидравлическое давление в системе, вероятно, что возможны проблемы с обеспечением адекватного динамического отклика для системы управления давлением. В этом случае, чтобы избежать неустойчивости, значение коэффициента усиления контроллера пришлось бы задать на уровне, который обусловил бы дополнительное негативное влияние на точность системы в установившемся режиме.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, которые приводятся в целях иллюстрации, и их не следует считать ограничивающими изобретение, которое ограничивается лишь формулой изобретения, на которых

фиг. 1 изображает систему выработки электрической энергии (1), в которой турбина (2) приводится в действие текучей средой, имеющей скорость (v) текучей среды, изменяющуюся во времени, при этом турбина (2) приводит в действие гидростатический насос (6), связанный гидростатическим объемным двигателем (8) в системе (7) гидростатической передачи, а двигатель (8) приводит в действие электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (f _г ), близкой к заданной желаемой частоте (f _жел ). Измерения скорости (v) текучей среды и измерения скорости ( ω) вращения турбины можно использовать в качестве входных сигналов для системы (15) управления рабочим объемом для вычисления сигнала (16) управления, предназначенного для управления рабочим объемом (d) гидростатического двигателя (8) согласно изобретению;

фиг. 2 - предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией; генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором согласно изобретению;

фиг. 3 - другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с основной, жесткой сетью или локальной системой (13), потребляющей энергию. Генератор (9) в данном случае является синхронным генератором. Заданная желаемая частота (f _жел ) представляет собой измеряемую частоту (f _изм ) электрической сети (14) или требуемую частоту (f _лок ) локальной системы (13), потребляющей энергию, для управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на требуемой частоте (f _лок ). Измерения передаются в систему (15) управления, выполненную с возможностью управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на частоте электрической сети (14).

В таком альтернативном предпочтительном варианте осуществления генератор может быть единственным генератором в электрической цепи, а к этой цепи можно подсоединять электрические приборы, которым для правильной работы требуется более или менее фиксированная частота, например 50 или 60 Гц, которая является обычной для приборов, работающих на переменном токе.

Питание на синхронный генератор (9 _с ) подается с контура (15е) возбуждения. Контур возбуждения можно использовать для повышения стабильности выходного напряжения и частоты, которые могут страдать еще и от изменений скорости вращения генератора. Контур возбуждения может взаимодействовать с системой (15) управления для дальнейшего повышения качества вырабатываемой отдаваемой энергии и улучшения совокупных рабочих характеристик системы, вырабатывающей энергию.

Преимущество использования синхронного генератора заключается в том, что синхронный генератор (9 _с ) может действовать подобно конденсатору в сети, изменяя параметры контура (15е) возбуждения. Таким образом, синхронный генератор может улучшить неприемлемый фазовый угол, обусловленный особенностями местной промышленности или другими асинхронными генераторами или двигателями в сети, например в других ветряных турбинах, где для выработки энергии используются асинхронные генераторы согласно изобретению;

фиг. 4 - некоторые аспекты, вследствие которых вырабатывающая электрическую энергию система с приводом от турбины должна реагировать на изменения скорости ветра и скорости турбины согласно изобретению;

фиг. 4а - воображаемый цилиндр воздуха, движущийся со скоростью ветра и продуваемый через вращающийся винт ветряной турбины. Окружность, описываемая концом лопатки, вращаемой ветром, огибает область, охватываемую турбиной, при этом показана длина цилиндра воздуха, проходящего через турбину за один оборот турбины. Когда скорость ветра возрастает, воображаемый цилиндр быстрее движется по направлению к турбине, а скорость вращения турбины должна увеличиваться для использования всей энергии массы, движимой ветром, согласно изобретению;

фиг. 4b - диаграмму отношения между скоростью концов лопаток турбины и скоростью ветра. Оно называется коэффициентом скорости концов лопаток (К). Оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (К _опт ) отображает линейную зависимость между скоростью турбины и ветром. Показано, что для максимальной эксплуатации энергии ветра турбина с 2 лопатками должна вращаться быстрее, чем турбина с 4 лопатками, при условии сравнимости компоновок лопаток обеих турбин согласно изобретению;

фиг. 4с - диаграмма зависимости энергетического коэффициента С _Э от К, т.е. от коэффициента скорости концов лопаток, для заданной конструкции турбины. Энергетический коэффициент имеет максимальное значение С _Э около 0,4 для оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (К _опт ), согласно изобретению;

фиг. 4d - увеличенная скорость ветра приводит к увеличенной скорости турбины для увеличения давления в гидростатической системе с замкнутым контуром, а это приводит к увеличенной отдаваемой энергии. Вместе с тем, максимальный КПД турбины не обязательно должен совпадать с максимальной энергией, согласно изобретению;

фиг. 5 - контур управления, соответствующий первому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Уставка по скорости турбины, обуславливаемая этим контуром управления, зависит от скорости ветра и оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (К _опт ), согласно изобретению;

фиг. 6а - контур управления для другого предпочтительного варианта осуществления изобретения. В верхней части чертежа показано, как разность между фактической скоростью двигателя и уставками по скоростям двигателя будет изменять рабочий объем двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты условия равновесия. Управляющее воздействие обеспечит управляемую скорость двигателя в условиях изменяющейся энергетической нагрузки, действующей на генератор, и при изменяющихся скоростях ветра. Уставку по скорости двигателя рассчитывают, исходя из ожидаемой выходной частоты (f _жел ) генератора (9). Этот контур управления пригоден для управления скоростью двигателя при использовании его с синхронным генератором, а также может быть применен как для жесткой сети, так и для локального потребления энергии. Скорость турбины будет действовать на крутом завале кривой, отображающей зависимость крутящего момента генератора от его скорости вращения, и корректировать скорость вращения турбины в соответствии с расходуемой отдаваемой энергией, согласно изобретению;

фиг. 6а и 6b - дополнительно изображают нижнюю часть, демонстрирующую, что ввиду динамики системы скорость турбины, а значит и КПД вырабатывающей энергию системы, будет подвергаться влиянию управляющих воздействий, прикладываемых к двигателю. Чтобы максимизировать КПД всей системы, можно управлять углом наклона лопаток турбины так, что при этом будет поддерживаться оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (К _опт ) согласно изобретению;

фиг. 7 - вертикальное сечение турбинной ветроэнергетической установки, в общем случае содержащей гидростатическую турбину, соединенную с гидростатическим двигателем, подключенным к электрическому генератору, причем все эти составные части расположены в гондоле на вершине мачты ветряной турбины согласно изобретению;

фиг. 8 - схема гидравлической передачи и контур управления, согласно изобретению;

фиг. 9 - вариант осуществления изобретения, в котором несколько ветряных турбинных агрегатов, питающих один узел гидравлического двигателя и генератора, расположенный на грунте, согласно изобретению;

фиг. 10 - систему управления, управляющую вырабатывающей энергию системой с приводом от турбины, работающей в пространстве управления, определяемом типом генератора, размерами сети и наличием или отсутствием использования управления углом наклона, согласно изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Согласно изобретению предложена система (1), вырабатывающая электрическую энергию, с приводом от турбины. Турбина (2) выполнена с возможностью приведения в действие посредством текучей среды (3), при этом текучая среда имеет скорость (v) текучей среды, изменяющуюся во времени, и является средой для ветряной турбины или водяной турбины. В нижеследующем описании обсуждаются лишь примеры, предусматривающие наличие ветряных турбин, однако, как будет очевидно для специалиста в данной области техники, изобретение применимо и к турбинам, приводимым в действие водой. Турбина (2) соединена с гидростатическим объемным насосом (6), также соединенным с гидростатическим объемным двигателем (8) в качестве части системы (7) гидростатической передачи (фиг. 1). Гидростатическая система может быть гидростатической системой с замкнутым контуром или гидростатической системой с разомкнутым контуром. Гидростатический двигатель (8) выполнен с возможностью передачи вращающего момента, поскольку соединен с осью вращения электрического генератора (9), подающего энергию (10) переменного тока. Обычно требуется выработка энергии переменного тока на частоте (f _г ), стабилизированной таким образом, что она оказывается близкой к заданной требуемой частоте (f _жел ). Новым и преимущественным важным признаком системы согласно изобретению является система (15, 15а) управления с замкнутым контуром, выполненная с возможностью использования одного или нескольких измерений скорости в качестве входных сигналов для непрерывного вычисления сигнала (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом, воздействующего на гидростатический двигатель и выполненного с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8). Изменение рабочего объема вызовет изменение расхода рабочей текучей среды, что, в конечном счете, будет изменять скорость до тех пор, пока выходной расход насоса не совпадет с требуемым расходом в двигателе. Ниже приведены несколько преимуществ управления объемным расходом гидростатического двигателя.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения система (15) управления с замкнутым контуром выполнена с возможностью непрерывного приема сигнала (11) скорости, являющегося скоростью (v) текучей среды, из спидометра (11m) текучей среды и непрерывного приема сигнала (12s) скорости вращения турбины, отображающего измерение скорости со вращения турбины (2), из датчика (12m) скорости вращения турбины, а также выполнена с возможностью, реализуемой на основании упомянутых сигналов (11m, 12s) скорости ветра и скорости вращения турбины и позволяющей вычислять сигнал (16) управления для исполнительного механизма (17) управления рабочим объемом гидростатического двигателя для непрерывной коррекции рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8).

Система (15) управления содержит подсистему (15а) управления рабочим объемом двигателя.

На фиг. 2 изображен предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией. Генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором.

Далее отметим, что система гидростатической передачи содержит исполнительный механизм (17) управления рабочим объемом, соединенный с гидростатическим двигателем и выполненный с возможностью непрерывной коррекции рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8). Когда рабочий объем (d) гидростатического двигателя (8) увеличивается, требуется больший объем текучей среды для поворота оси двигателя на заданный угол, а когда рабочий объем гидростатического двигателя уменьшается, для поворота оси двигателя на тот же заданный угол требуется меньший объем текучей среды.

Система согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения выполнена с возможностью гарантировать поддержание уставки по коэффициенту скорости концов лопаток (К _уст ) и, тем самым, достижение повышенного энергетического КПД вырабатывающей энергию системы (1) во время флуктуаций скорости (v) текучей среды. Коэффициент скорости концов лопаток будет изменяться со скоростью текучей среды.

Использование системы гидростатической передачи для вырабатывающих энергию систем с ветряными и водяными турбинами обеспечивает несколько преимуществ над вырабатывающими энергию системами с приводами от зубчатых передач. Вообще говоря, гидравлические агрегаты обеспечивают повышенную удельную мощность, что уменьшает габариты, а значит и стоимость монтажа. По сравнению с традиционной механической системой, можно уменьшить количество подвижных деталей в системе. В сочетании с возможностью размещать двигатель и генератор отдельно от турбины, это также обеспечивает снижение стоимости монтажа и технического обслуживания как турбины, так и мачты на месте возведения энергоустановки. Недавние разработки показывают, что КПД систем гидростатической передачи может оказаться сравнимым с КПД систем механической передачи при больших отношениях скоростей.

Как правило, для отпускания тормозов в системах с приводом от турбин используется гидравлическое давление. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система гидравлической передачи энергоустановки также будет обеспечивать подачу рабочей жидкости для тормозов и системы управления углом наклона, если это потребуется. В качестве альтернативы торможению турбины между входным и выходным патрубками насоса можно расположить схему аварийного отключения с управляемым или фиксируемым воздушным клапаном и отсечным клапаном.

Уменьшение количества подвижных деталей и отсутствие механического редуктора с большим передаточным отношением может значительно уменьшить акустический шум, идущий из вырабатывающей энергию системы.

Одной важной особенностью системы согласно изобретению является выработка электрической энергии со стабилизированной частотой, управляемой таким образом, что эта частота оказывается близкой к требуемой частоте при изменяющихся скоростях ветра, и при этом не требуется дополнительный инвертор и/или изменяемый угол наклона лопаток. Система согласно изобретению может иметь более быстрый и точный динамический отклик на флуктуации скорости ветра, чем известные системы управления, основанные на измерениях гидравлического давления, потому что рабочая точка предлагаемой системы управления находится на более крутой линейной функции, чем та, которая нужна для работы в правой части параболической кривой давления в соответствии с известным уровнем техники.

Могут возникнуть две основные ситуации, причем обе они содержатся в решении, представленном выше. Так называемая заданная желаемая (требуемая) частота (f _жел ) может быть либо частотой (f _сети ), так называемой «жесткой » сети, в которой генератор (9) не может оказать существенного влияния на частоту сети, либо, в альтернативном варианте, заданная желаемая частота f _жел ) может быть требуемой частотой (f _треб ) локальной системы, потребляющей энергию и имеющей переменное потребление энергии.

Таким образом, в одном варианте осуществления системы, согласно изобретению, электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), а заданная желаемая рабочая частота является частотой (f _сети ) электрической сети (14), влияющей на частоту (f _г ) электрического генератора (9) или доминирующей над ней, вследствие чего управление генератором (9) позволяет ему работать на частоте электрической сети (14).

В другом варианте осуществления системы согласно изобретению электрический генератор (9) соединен с локальной системой (13), потребляющей энергию и имеющей частоту, на которую влияет электрический генератор (9), подающий энергию (10) переменного тока на частоте (f _г ). Заданная требуемая частота (f _г ) будет фиксированной требуемой частотой (f _лок ) локальной системы (13), потребляющей энергию.

Основное назначение предложенной системы состоит в том, чтобы поддерживать коэффициент скорости концов лопаток турбины как можно ближе к уставке (К _уст ) по коэффициенту скорости концов лопаток турбины и тем самым повысить КПД системы (1) во время флуктуаций скорости (v) ветра в условиях, когда электрическая сеть или локальная система, потребляющая энергию, способна поглощать энергию, производимую в данный момент. В этом случае можно максимизировать крутящий момент гидростатического двигателя на электрическом генераторе и, тем самым, увеличить имеющуюся энергию, поступающую от генератора, когда он вынужден работать на требуемой выходной частоте генератора для выработки максимальной электрической энергии при каждой скорости ветра. Уставка по коэффициенту скорости концов лопаток турбины будет изменяться в зависимости от скорости ветра, как пояснялось ранее. Кроме того, система выполнена с возможностью коррекции скорости вращения двигателя, что позволяет генератору работать на частоте, близкой к желаемой (требуемой) частоте. Коррекция рабочего объема двигателя также обуславливает изменения скорости турбины. Иными словами, назначением изобретения является осуществляемая при необходимости максимизация крутящего момента гидростатического двигателя на электрическом генераторе для выработки максимальной электрической энергии при непрерывно изменяющейся скорости ветра.

На фиг. 3 изображен другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с основной, жесткой сетью или локальной системой (13), потребляющей энергию. Генератор (9) в данном случае является синхронным генератором. Заданная желаемая (требуемая) частота (f _жел ) представляет собой измеряемую частоту (f _изм ) электрической сети (14) или требуемую частоту (f _лок ) локальной системы (13), потребляющей энергию, для управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на требуемой частоте (f _лок ). Измерения передаются в систему (15) управления, выполненную с возможностью управления генератором (9) таким образом, чтобы он работал на частоте электрической сети (14) или локальной системы (13), потребляющей энергию. В таком варианте осуществления генератор может быть единственным генератором в электрической цепи, а к этой цепи можно подсоединять электрические приборы, которым для правильной работы требуется более или менее фиксированная частота, например, 50 Гц или 60 Гц, которая является обычной для приборов, работающих на переменном токе.

Питание на синхронный генератор (9 _с ) подается с контура (15е) возбуждения. Контур возбуждения можно использовать для повышения стабильности выходного напряжения и частоты, которые могут страдать еще и от изменений скорости вращения генератора. Контур возбуждения может взаимодействовать с системой (15) управления для дальнейшего повышения качества генерируемой выходной энергии и совокупных рабочих характеристик системы выработки энергии.

Преимущество использования синхронного генератора заключается в том, что синхронный генератор (9 _с ) может действовать подобно конденсатору в сети, изменяя параметры контура (15е) возбуждения. Таким образом, синхронный генератор может улучшить неприемлемый фазовый угол, обусловленный особенностями местной промышленности или другими асинхронными генераторами или двигателями в сети, например в других ветряных турбинах, где для выработки энергии используются асинхронные генераторы.

Жесткая сеть.

На фиг. 2 изображен предпочтительный вариант осуществления изобретения, предусматривающий изменение рабочего объема (d) гидростатического двигателя (8) в системе, электрический генератор (9) которой соединен с электрической сетью (14) или локальной сетью (13) с доступной реактивной энергией. Генератор (9) в данном случае является асинхронным генератором.

Таким образом, в одном варианте осуществления системы согласно изобретению электрический генератор (9) выполнен с возможностью соединения с электрической сетью (14), а заданная требуемая рабочая частота является частотой (f _сети ) электрической сети (14). Иными словами, сеть (14) настолько велика, что представляет собой «жесткую » сеть, не подверженную влиянию системы с генератором. За счет использования асинхронного генератора частота сети будет влиять на частоту (f _г ) электрического генератора (9) или доминировать над ней, вследствие чего эффективное управление генератором (9) позволяет ему работать на такой же частоте, как частота электрической сети (14).

Если электрический асинхронный генератор (9) выполнен с возможностью соединения с локальной системой (13), потребляющей энергию, то эта локальная система содержит локальный электрический генератор, энергию которому сообщает, например, дизельный двигатель для питания асинхронного генератора реактивной энергией. Асинхронный дизель-генератор в этом случае управляет частотой локальной системы, вырабатывающей энергию, и асинхронный генератор может работать так, как он работал бы, находясь в жесткой сети. Таким образом, когда асинхронный генератор (9) вынужден работать на скорости, близкой к той, на которой надо работать с электрической сетью (14), генератор (9) фактически будет управлять скоростью турбины. При фиксированной вместимости по текучей среде насоса и двигателя это привело бы к уменьшению КПД системы, вырабатывающей энергию, потому что коэффициент скорости концов лопаток турбины не был бы оптимальным. Таким образом, назначение этого предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы заставить турбину работать с почти оптимальным коэффициентом скорости концов лопаток, обеспечивая максимизацию крутящего момента гидростатического двигателя на электрическом генераторе, вынужденном работать, выдавая максимальную электрическую энергию при каждой скорости ветра, вследствие чего можно сделать допущение об отсутствии практических ограничений на количество энергии, которую можно выработать для сети.

На фиг. 5 изображен контур управления, используемый для оптимизации КПД системы. Уставка по скорости турбины в контуре управления зависит от скорости ветра и оптимизированного коэффициента скорости концов лопаток (К _опт ).

Можно также предусмотреть управление углом наклона для управления скоростью двигателя. Управление углом наклона можно также применять для уменьшения КПД турбины, если ветер слишком силен или производство энергии превышает потребность в ней.

На фиг. 6а изображен контур управления для другого предпочтительного варианта осуществления изобретения, в котором скорость двигателя поддерживают постоянной для использования его с синхронным генератором. На этом чертеже показано, как разность между фактической скоростью двигателя и уставками по скоростям двигателя будет изменять рабочий объем двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты условия равновесия. Управляющее воздействие обеспечит управляемую скорость двигателя в условиях изменяющейся энергетической нагрузки, действующей на генератор, и при изменяющихся скоростях ветра. Уставку по скорости двигателя рассчитывают, исходя из требуемой выходной частоты (f _жел ) генератора (9). Этот контур управления пригоден для управления скоростью двигателя при использовании его с синхронным генератором, а также может быть применен как для жесткой сети, так и для локального потребления энергии. Скорость турбины будет действовать на крутом участке (завале) кривой, отображающей зависимость крутящего момента генератора от его скорости вращения, и корректировать скорость вращения турбины в соответствии с расходуемой отдаваемой энергией.

На фиг. 6b дополнительно показана нижняя часть, демонстрирующая, что ввиду динамики системы скорость турбины, а значит и КПД вырабатывающей энергию системы, будет подвергаться влиянию управляющих воздействий, прикладываемых к двигателю. Чтобы максимизировать КПД всей системы, можно управлять углом наклона лопаток турбины так, что при этом будет поддерживаться оптимизированный коэффициент скорости концов лопаток (К _опт ).

Общая механическая компоновка системы выработки электрической энергии.

Ниже будет описан пример реализации системы согласно изобретению. Система (1) (фиг. 7) расположена на мачте (62) известной конструкции. Система (1) расположена на вращающейся опоре (63) таким образом, что эту систему (1) можно было поворачивать на вершине мачты (62) с помощью зубчатого колеса (64) многопоточной зубчатой передачи и привода (65) рыскания, управление которыми может осуществлять контроллер направления турбины подходящего типа.

На вращающейся опоре (63) неподвижно закреплена несущая рама (66). Несущая рама (66) несет рабочие детали ветроэнергетической турбинной установки, в число которых входят ступица (67) ветряной турбины с лопатками (68) ветряной турбины на валу (69) турбины, установленном в опоре (70), соединенном с гидравлическим объемным насосом (6) и имеющем тормозной диск (73), расположенный между опорой (70) и гидравлическим объемным насосом (6).

Гидравлический насос (6) с фиксированным рабочим объемом соединен с гидравлическим двигателем (8) с переменным рабочим объемом посредством подающей трубы (75) и оборотной трубы (76). Рабочая текучая среда, потребляемая гидростатической системой для пополнения текучей среды, которая утрачивается из-за утечки наружу, подается насосом (33) из резервуара (77) (фиг. 7). Работой системы (1) управляют три контура управления, схематически показанные на фиг. 7: это контур (15) управления, который может содержать подсистему (15b) управления углом наклона лопаток турбины и который будет включать в себя подсистему (15а) управления рабочим объемом двигателя, предназначенную для двигателя. Выбор функции управления скоростью зависит от дополнительного соединения генератора (9) с «жесткой » электрической сетью или локальной системой, потребляющей энергию. Подсистема (15b) управления углом наклона формирует сигнал управления, предназначенный для управления давлением рабочей текучей среды через вал (69) турбины из гидравлического объемного насоса (6).

Элементы системы (1) за исключением ступицы (67) ветряной турбины и лопаток (68) турбины заключены в корпус или гондолу (32).

На фиг. 8 схематически изображены элементы системы (1) вместе с гидравлическими элементами и элементами систем управления.

Насос (6) и двигатель (8) скомпонованы в виде гидростатической системы (V), которую можно стимулировать потоком, перекачиваемым насосом (33), из резервуара. Контур содержит элементы для управления давлением и охлаждения потока для насоса (6) и двигателя (8). Ступица (67) турбины содержит монтажную опору для лопастей (68), угол ( α _н ) наклона которых корректируется исполнительным механизмом, которым в случаях, когда это требуется, управляет подсистема (15b) управления углом наклона. С этой целью из насоса (6) можно отбирать поток, который может быть любым потоком, необходимым для срабатывания тормоза (73).

Подсистема (15а) управления рабочим объемом двигателя служит для подачи сигналов (16) управления в исполнительный механизм (78) управления рабочим объемом двигателя для изменения рабочего объема (d) в соответствии с требованиями к управлению рабочим объемом двигателя, обеспечивающими косвенное управление скоростью ( ω) вращения турбины (2) и/или непосредственное управление скоростью ( ω _г ) вращения двигателя (8).

Давлением из бустерного насоса (33) управляет разгрузочный клапан (42), и этот насос принимает поток из резервуара через фильтр (41). Нагнетаемый поток пропускается на сторону низкого давления гидростатического контура (7) посредством любого из обратных клапанов (36). Поток из разгрузочного клапана (42) отбирается через корпуса насоса (6) и двигателя (8) для охлаждения этих агрегатов. Можно также отводить поток из контура высокого давления посредством продувочного клапана (39) и разгрузочного клапана (40), причем этот поток вводится в охлаждающий поток, идущий в корпус насоса (6). Охлаждающий поток из корпуса двигателя (8) пропускается через охладитель (44) и фильтр (45), после чего возвращается в резервуар (77). В условиях, когда давление гидростатической системы превышает предварительно заданное значение, один из двух разгрузочных клапанов (38) открывается, чтобы пропустить поток на сторону низкого давления гидростатической системы.

На фиг. 8 также изображен контур для торможения и отключения насоса турбины, если это потребуется. Между выходным и входным патрубками насоса (6) расположена магистраль, содержащая воздушный клапан (31а) и отсечной клапан (31b). В основной выходной магистрали, ведущей из насоса (6), расположен трехходовой клапан (31с), выполненный с возможностью перенаправления потока, идущего из насоса в двигатель, этот поток направляется через воздушный клапан и отсечной клапан и возвращается в насос. Это приведет к торможению насоса, когда насос включен, а когда скорость уменьшается, отсечной клапан может, в конце концов, закрыться, останавливая насос.

Ступица (67) турбины содержит монтажную опору для лопастей (68), углом наклона которых управляет исполнительный механизм (79) управления углом наклона, находящийся под управлением сигнала (20) управления из подсистемы (15b) управления углом наклона. Обуславливаемый этим поток, а также любой поток, который необходим для срабатывания тормоза (73) в случаях, когда это требуется, управляет подсистема (15b) управления углом наклона. Поток для этой цели, а также любой поток, который необходим для срабатывания тормоза (73), подается из насоса (6). К этому контуру подсоединен аккумулятор (34), который содержит некоторый объем текучей среды, вследствие чего можно осуществлять управление углом наклона при отсутствии давления в гидростатическом контуре. Тормоз (73) установлен на пружинах (36) и отпускается под воздействием давления системы таким образом, что обеспечивается заправка аккумулятора (34), когда его давление становится ниже, чем давление в гидростатическом контуре (7).

Для улучшения динамических рабочих характеристик управления скоростью и обеспечения ее устойчивости можно применить известные компенсационные способы к подсистеме (15а) управления рабочим объемом двигателя. Они предусматривают обратную связь по гидравлическому давлению и использование контуров пропорционально-интегрально-дифференциального управления, которые обеспечат увеличения коэффициента усиления системы для повышения демпфирующей способности и точности в установившемся режиме.

В таких условиях, когда генератор «выпадает » из сети, вследствие чего на валу двигателя отсутствует крутящий момент сопротивления, необходимо погасить скорость разгона турбины. Можно внедрить в контур быстродействующий клапан, работающий таким образом, что поток из насоса будет обходить двигатель, поддерживая при этом гидростатическое давление.

В ситуации, когда основным назначением системы (1) является выдача энергии в «жесткую » сеть (14) в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, а соединение с этой «жесткой » сетью (14) неожиданно утрачивается ввиду серьезной неисправности в энергосистеме общего пользования, работу системы (1) можно автоматически или вручную переключить на второй предпочтительный вариант осуществления изобретения, изменяя режим системы (15) управления и продолжая при этом вырабатывать энергию для локальной сети, которая могла бы пострадать от отключения подачи энергии.

В противоположной ситуации, когда обеспечиваемая настоящим изобретением функция системы (1) заключается в выдаче энергии в локальную систему (13), потребляющую энергию, в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, а соединение с «жесткой » сетью (14) восстановлено, работу системы (1) можно автоматически или вручную переключить на первый предпочтительный вариант осуществления изобретения, изменяя режим системы (15) управления и переключая ее на выработку энергии для «жесткой » сети (14).

Управление рабочим объемом насоса.

Рабочий объем гидростатического насоса может быть либо фиксированным, либо переменным. В случае насоса с переменным рабочим объемом можно предусмотреть выбор рабочего объема, например, в соответствии с регламентом, обуславливаемым скоростью ветра или воды, или с обеспечением поддержания постоянного давления на входе. Это может дать преимущества, которых не удалось бы достичь с помощью насоса с фиксированным рабочим объемом. К числу таких преимуществ можно отнести общее увеличение КПД гидростатической передачи, улучшение характеристик управления за счет создания постоянного гидростатического давления, а также управление пиками высокого давления без потребности в обходной магистрали высокого давления, что позволяет избежать генерирования необязательного тепла.

На фиг. 9 показана ветроэнергетическая установка с несколькими агрегатами. На каждой из четырех мачт (46, 47, 48, 49) расположены ветряная турбина (50) и гидравлический насос (51). Идущий от каждого насоса (51) сдвоенный гидравлический трубопровод (42) соединен с общим гидравлическим двигателем (53) с переменным рабочим объемом, этот двигатель питает электрический генератор (54). В этом варианте осуществления система управления каждой турбиной соединена с общим контуром управления для гидравлического двигателя (53). Для выходного патрубка каждого насоса можно предусмотреть обратные клапаны (55), позволяющие предотвратить обратный поток в турбины, приводящий к меньшему потоку текучей среды или неудовлетворительному давлению.

Вышеописанную систему передачи можно адаптировать к аналогичным назначениям, встраивая в нее один или несколько двигателей, в частности, для множества агрегатов, преобразующих энергию.

Это описание основано на применении генераторов переменного тока. Вместе с тем, при желании можно использовать и генератор постоянного тока.

В описываемом варианте турбина (2) охарактеризована, главным образом, как турбина, приводимая в действие текучей средой (3), при этом текучей средой является ветер, т.е. движущийся воздух. В альтернативном варианте текучей средой может быть вода, движущаяся в потоке воды, таком как речной поток, приливно-отливные течения или морские течения. На фиг. 9 показан конкретный вариант осуществления изобретения с несколькими ветряными турбинными агрегатами, питающими один узел гидравлического двигателя и генератора, расположенный на грунте. В альтернативном варианте один или несколько гидростатических насосов, приводимых в действие за счет энергии морских волн, можно подключить в гидростатическом контуре к одному или нескольким гидростатическим двигателям, соединенным с электрическим генератором.

По всему тексту этого описания употреблялся термин «рабочий объем (d) » гидростатического насоса (8), хотя, строго говоря, можно было бы назвать его «рабочая вместимость (d) », т.е. пропускаемый объем, приходящийся на поворот величиной один радиан вала гидростатического двигателя.