海流能发电装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海流能发电装置及其控制方法，海流能发电装置，包括叶轮、由叶轮直接驱动的第一变量液压泵，第一变量液压泵的出口经过第一单向阀连接变量液压马达的入口，变量液压马达具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴连接发动机的主轴，所述第二输出轴连接第二变量液压泵的主轴，第二变量液压泵的出口经过第二单向阀接变量液压马达的入口，第二变量液压泵与变量液压马达构成油液循环回路；控制器发出第一变量液压泵、第二变量液压泵以及变量液压马达的排量控制信号。本发明专利技术采用液压传动方式，海流流速波动对系统带来的冲击小，可以实现叶轮最大功率跟踪控制以及发电机的恒频输出控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，国家大力倡导发展清洁的可再生能源，海流能成为即风能、太阳能之后又一个重点研究的领域，它具有能量密度高、可预测性强等优点。离网型的海流能发电装置可以解决孤岛供电困难的问题，具有很大的现实意义和研究价值。和风力机类似，海流能发电装置存在着前端叶轮转速与后端发电机额定转速不匹配的现象，因此需要有一个传动系统将叶轮捕获的能量传递给发电机。传动系统直接影响到整个海流能发电装置的性能和效率。传统的传动系统一般是一个增速齿轮箱。齿轮箱传动的优点是具有很高的机械效率，其机械效率一般在95%以上。与风力机类似，海流能发电装置所捕获的能量随着海流流速的波动而波动，齿轮箱传递的扭矩也是随之变化的，齿轮箱长期工作于交变载荷下，很容易发生疲劳破坏。据统计，齿轮箱故障在风力机故障中占有很大的比例。针对传统齿轮箱存在的不足，提出了液压传动，从根本上解决了齿轮箱疲劳失效的问题。液压传动具有较高的柔性，可以缓冲叶轮捕获能量的波动，同时能够实现无级变速。理想的海流能发电装置液压传动系统可以实现两个方面的控制，一是叶轮最大能量捕获控制，二是发电机恒转速控制。叶轮最大能量捕获控制是指随着海流流速的变化，对于一个几何结构不变的叶轮，始终存在一个最佳叶尖速比，叶轮工作在最佳叶尖速比时其能量捕获效率最大，控制叶轮的转速，使叶轮在变化着的海流流速下跟踪最佳叶尖速比，即为最大能量捕获控制。发电机恒转速控制是指发电机转速不随负载的大小变化而变化，始终工作在发电机的额定转速。公开号为CN101350589的专利技术专利，提出了一种基于液压传动的海流发电变速恒频方法及其装置。该系统的实 质是通过一个变量泵拖动一个变量马达以实现无级变速，通过一个蓄能器吸收系统的压力流量脉动带来的冲击。系统的压力流量脉动主要来自两个方面，一是来自变量泵转速的脉动，即叶轮转速的变化；二是来自容积式变量泵的固有结构，即有限个容腔。系统中的蓄能器存在一个固有角频率ωΑ，系统脉动频率越接近ωΑ，蓄能器吸收脉动的效果越好；当系统脉动频率远离(^时，蓄能器起不到吸收脉动的作用。海流能发电装置实际的工况复杂，其系统压力脉动分布在一个较宽的频率区域上，在一些频率范围内，蓄能器起到的吸收脉动的作用很小，因此该专利提出的系统不可避免的存在刚性冲击，这是该系统的一大缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种，采用液压传动方式，海流流速波动对系统带来的冲击小，可以实现叶轮最大功率跟踪控制以及发电机的恒频输出控制。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案海流能发电装置，包括由海流推动旋转的叶轮、由叶轮直接驱动的第一变量液压泵，第一变量液压泵的入口连接油箱，第一变量液压泵的出口经过第一单向阀连接变量液压马达的入口，变量液压马达的出口连接油箱，变量液压马达具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴连接发动机的主轴，该发电机的输出端连接负载，所述第二输出轴连接第二变量液压泵的主轴，第二变量液压泵的入口接油箱，第二变量液压泵的出口经过第二单向阀接变量液压马达的入口，第二变量液压泵与变量液压马达构成可吸收系统脉动的油液循环回路；所述叶轮处装有测量海流流速的流速传感器，叶轮与第一变量液压泵连接的主轴上装有第一转速传感器，变量液压马达入口的液压管路上装有压力传感器，发电机的主轴上装有第二转速传感器，所述流速传感器、第一转速传感器、压力传感器、第二转速传感器采集的信号均传输给控制器，控制器发出第一变量液压泵的排量控制信号、第二变量液压泵的排量控制信号、以及变量液压马达的排量控制信号。进一步，所述变量液压马达的入口管路上经过截止连接有蓄能器。蓄能器可以吸收系统中频率接近蓄能器固有角频率的脉动，使液压系统保持稳定。进一步，所述变量液压马达的入口管路上连接有溢流阀。通过溢流阀可以设定系统压力，当系统压力过高时，可以通过溢流阀释放部分液压油，使系统压力值维持在溢流阀的设定溢流压力值，避免系统压力过高对系统造成损坏。上述海流能发电装置的控制方法I)叶轮的转速取决于海流施加在叶轮上的转矩和拖动第一变量液压泵时所受的反力矩，所述流速传感器将当前的流速信号传输给控制器，控制器根据当前的海流流速计算得到要实现叶轮最大能量捕获所需的最佳叶轮转速，控制器通过第一转速传感器检测到当前的叶轮转速并与最佳叶轮转速相比较，控制器根据当前叶轮转速与最佳叶轮转速的比较值控制第一变量液压泵的排量，从而改变其施加在叶轮主轴上的反力矩，从而将叶轮转速调节到最佳叶轮转速，以实现叶轮最大能量捕获控制；2)压力传感器将采集到的系统当前压力信号传输给控制器，控制器将系统当前压力与预先设定的压力值进行比较，根据其差值计算得到变量液压马达所需的排量，控制器控制变量液压马达的排量调节系统压力到预先设定的值；第二转速传感器将采集到的当前发电机转速信号传输给控制器，控制器将发电机当前转速与发电机额定转速进行比较，控制器根据发电机当前转速与发电机额定转速的比较值控制第二变量液压泵的排量，从而改变其施加在发电机主轴上的力矩，从而将发电机转速调节到发电机额定转速，以实现发电机恒转速控制。采用本专利技术具有如下的有益效果1、采用液压传动，放弃了齿轮箱的使用，从根本上避免了由齿轮箱疲劳失效带来的海流能发电装置故障，提高了系统运行的可靠性。2、通过液压系统带动发电机的主轴旋转，发电机无需与电网连接，因此本专利技术可以离网运行在海岛或偏远地区，解决当地的用电问题，省去大电网往这些地区铺设线路输电的成本。3、实现了叶轮最大能量捕获控制和发电机恒转速控制，提高了系统的效率。4、变量液压马达与第二变量液压泵组成油液循环回路，该油液循环回路可以吸收系统脉动，减小刚性冲击，使系统保持稳定。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例海流能发电装置的原理图。图2为本专利技术实施例在不同流速下叶轮输出功率-转速关系曲线。图3为本专利技术实施例海流能发电装置的变速恒频控制方法原理图。附图标号1_叶轮；2_第一变量液压泵；3_第一单向阀；4_截止阀；5_蓄能器；6-溢流阀；7_第二单向阀；8_第二变量液压泵；9_变量液压马达；10_发电机；11_负载；12-控制器；13_油箱；14-流速传感器；15-第一转速传感器；19-压力传感器；20_第二转速传感器。具体实施例方式以下结合附图对专利技术作进一步说明。1、海流能发电装置如图1所示，海流能发电装置，包括由海流推动旋转的叶轮1、由叶轮I直接驱动的第一变量液压泵2，第一变量液压泵2的入口连接油箱13，第一变量液压泵2的出口经过第一单向阀3连接变量液压马达9的入口，变量液压马达9的出口连接油箱13，变量液压马达9具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴连接发动机10的主轴,该发电机10的输出端连接负载11，所述第二输出轴连接第二变量液压泵8的主轴，第二变量液压泵8的入口接油箱13，第二变量液压泵8的出口经过第二单向阀7接变量液压马达9的入口，第二变量液压泵8与变量液压马达9构成油液循环回路，该油液循环回路将一部分波动的能量存储在循环的油液中，从而达到吸收系统脉动的作用；所述叶轮I处装有测量海流流速的流速传感器14，叶轮I与第一变量液压泵2连接的主轴上装有第一转速传感器15，变量液压马达本文档来自技高网...

【技术保护点】
海流能发电装置，其特征在于：包括由海流推动旋转的叶轮（1）、由叶轮（1）直接驱动的第一变量液压泵（2），第一变量液压泵（2）的入口连接油箱（13），第一变量液压泵（2）的出口经过第一单向阀（3）连接变量液压马达（9）的入口，变量液压马达（9）的出口连接油箱（13），变量液压马达（9）具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴连接发动机（10）的主轴，该发电机（10）的输出端连接负载（11），所述第二输出轴连接第二变量液压泵（8）的主轴，第二变量液压泵（8）的入口接油箱（13），第二变量液压泵（8）的出口经过第二单向阀（7）接变量液压马达（9）的入口，第二变量液压泵（8）与变量液压马达（9）构成可吸收系统脉动的油液循环回路；所述叶轮（1）处装有测量海流流速的流速传感器（14），叶轮（1）与第一变量液压泵（2）连接的主轴上装有第一转速传感器（15），变量液压马达（9）入口的液压管路上装有压力传感器（19），发电机（10）的主轴上装有第二转速传感器（20），所述流速传感器（14）、第一转速传感器（15）、压力传感器（19）、第二转速传感器（20）采集的信号均传输给控制器（12），控制器（12）发出第一变量液压泵的排量控制信号、第二变量液压泵的排量控制信号、以及变量液压马达的排量控制信号。...

【技术特征摘要】
1.海流能发电装置，其特征在于包括由海流推动旋转的叶轮(I)、由叶轮(I)直接驱动的第一变量液压泵(2)，第一变量液压泵(2)的入口连接油箱(13)，第一变量液压泵(2)的出口经过第一单向阀(3)连接变量液压马达(9)的入口，变量液压马达(9)的出口连接油箱(13)，变量液压马达(9)具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴连接发动机(10)的主轴，该发电机(10)的输出端连接负载(11)，所述第二输出轴连接第二变量液压泵(8)的主轴，第二变量液压泵(8)的入口接油箱(13)，第二变量液压泵(8)的出口经过第二单向阀(7)接变量液压马达(9)的入口，第二变量液压泵(8)与变量液压马达(9)构成可吸收系统脉动的油液循环回路；所述叶轮(I)处装有测量海流流速的流速传感器(14)，叶轮(I)与第一变量液压泵(2)连接的主轴上装有第一转速传感器(15)，变量液压马达(9)入口的液压管路上装有压力传感器(19)，发电机(10)的主轴上装有第二转速传感器(20)，所述流速传感器(14)、第一转速传感器(15)、压力传感器(19)、第二转速传感器(20)采集的信号均传输给控制器(12)，控制器(12)发出第一变量液压泵的排量控制信号、第二变量液压泵的排量控制信号、以及变量液压马达的排量控制信号。2.如权利要求1所述的海流能发电装置，其特征在于所述变量液压马达(9)的入口管路上经过截止阀(4 )连接有蓄能器(5 )。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏宾，石茂顺，刘宏伟，李伟，林勇刚，徐全坤，丁金钟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：