[发明专利]对由流体流进行发电的改进

说明书

技术领域

本发明涉及对由流体流驱动的可旋转涡轮机所进行的发电的控 制，所述可旋转涡轮机例如是风力或水力涡轮机。

背景技术

在通常已知由风力动能或水力动能驱动的涡轮机等进行发电时， 已证实在输入中出现波动时提供合理恒定的输出的问题是难以克服 的。具体地，在必须向电网系统供给交流电输出的情况下，因为对于 诸如同步发电机的许多交流发电机而言输出频率与其从动转矩或速度 成比例地变化，所以改变施加给发电机的转矩会产生一些问题。控制 发电机的从动速度而没有效率损失是困难的，例如在风力涡轮机中， 涡轮叶片节距控制可以用来有效地在大风期间溢出风能，以便保持施 加给发电机的转矩合理恒定。常规上，能够调整功率输出，然后在需 要时产生交流电，因此输入频率不是那么重要。机械可变速传动是另 一种可选的操作方法，但是这些技术会导致损耗。

公开文献US 2007/0007769示出了一种通过经由液力联轴节选择 性地调节引入传动系统的反作用转矩而机械地调节发电机速度的方 法。该文献使用行星齿轮结构，用于引入反作用转矩以及用于在满载 条件下可变地调节输出轴的速度。然而，因为采用全功率额定液力联 轴节来提供可变速比，在高速时调节输出速度会使能量损失，所以这 个系统并不高效。

WO96/30669示出了行星可变速比变速箱，其用来控制用于风力 涡轮机发电机的输出。该变速箱采用能够被激励为向前运转或反向运 转的步进马达。

EP 0120654示出了速度控制变速箱，其使用液力机器或电机作为 马达或发电机来控制差速可变速比变速箱的反作用分支(reaction  leg)。然而，当使用小电机时，为了节省成本和减小重量，需要具有 减速变速箱来增大电机的转矩。这又具有增大电机的有效惯量的效果， 在可变速比变速箱中需要快速改变反作用转矩时该惯量会产生一些问 题。

同步发电机将会与电网的交变电流同相，并且在一定程度上被电 网拉入或推入同相。然而，为了避免效率低下，更好的是通过改变发 电机的输入转矩来将发电机正确地保持为同相。

发明内容

本发明的实施例解决上述问题。

根据本发明的第一方面，提供一种用于驱动发电机的可旋转驱动 机构，该机构由可变的转速输入提供用于驱动发电机的基本恒定的转 速输出，该机构包括可变速度输入端、用于从所述可变速度输入端接 收功率的齿轮差速变速器，所述差速变速器具有两个功率分配路径， 所述功率分配路径中的第一路径与用于驱动发电机的输出端旋转连 接，所述功率分配路径中的第二路径与能够操作来在所述第二路径中 提供可变反作用转矩的电机旋转连接，所述可旋转驱动机构包括转矩 监测器以及控制器，所述转矩监测器用于监测所述输入端处的动态转 矩，所述控制器用于响应所监测的转矩的变化通过使所述电机作为马 达或发电机工作而改变所述第二路径中的反作用转矩，从而使得所述 输出端具有基本上恒定的转速，其特征在于，所述监测器监测所述输 入端处的动态转矩，所述控制器操作所述电机以抵消所述电机和/或所 述第二路径的至少一部分惯量。

在一个实施例中，所述输出端包括轴和增速变速箱，所述增速变 速箱用于增大传递至所述齿轮变速器的转速。

优选地，所述动态转矩监测器监测所述增速变速箱的基本固定的 反作用转矩。

有利地，所述差速变速器包括行星齿轮结构，所述行星齿轮结构 具有由所述输入端驱动的行星齿轮架、形成所述第一功率路径的一部 分的太阳轮以及形成所述第二功率路径的一部分的齿圈。

在一个实施例中，当输入速度低于预定值时，所述电机能作为马 达工作并且在所述第二路径中提供可变反作用转矩，使得驱动态转矩 经由所述第二功率路径供给至所述齿轮差速变速器，由此将所述第一 功率路径的转速基本上维持为预定速度。

优选地，当输入速度在所述预定值之上时，所述电机作为发电机 工作，并提供另一可变反作用转矩，并且经由所述第二功率路径接收 来自所述齿轮变速器的功率，由此将所述第一功率路径的转速基本上 维持为所述预定速度。

有利地，所述第二功率路径包括用于改变所述第二功率路径的转 速的另一传动装置。

在一个实施例中，所述第一功率路径或所述第二功率路径包括用 于在所述转子的旋转受到抑制但是所述发电机仍然运动时使相应的路 径分离或制动的离合器或制动器。