功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统及其控制方法，该传动系统由能量捕获单元、压力保护单元、整流单元、变压单元、调速单元、蓄能单元、发电单元组成；该装置的传动系统根据液压变压的原理，将液压马达与变量泵连轴，将低压、大流量的输入功率转换为高压、小流量的输出功率，使之更适合传动及控制；同时，本发明提供的控制方法能够根据不同的工作海况实时调整变压比稳定液压马达及发电机的输出转速，使用高压皮囊式蓄能器进一步平稳压力波动，实现变压网络到准恒压网络的转换，解决波浪能发电装置传动系统输入与输出的功率耦合问题。

主权项

一种具有功率解耦能力的波浪能发电装置液压传动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设置主控制器的初始参数：设置液压马达M1(18)最高转速、液压马达M2(21)最高转速、变量泵(20)最高转速，调速增益Kv，调速发电机(9)运行转速范围及最低和最高温度；(2)测量5分钟内的平均波高Ha，与机组设计时的规定匹配波高Hm相比较：Ha<Hm则变量泵与液压马达M1(18)脱开，变量泵空转，发电机不启动；Ha>Hm则启动发电机；(3)测量发电机转速：发电机转速即为液压马达M2的输出转速ω2，发电机转速在1分钟内持续大于或小于额定转速并超出了设定的发电机运行转速范围，则调速单元进行工作，启动测速泵(28)则可通过调节变量泵的排量Dp，抵消变量泵转速ω1变化对发电机转速ω2产生的影响，实现发电机转速调节；计算公式如下所示：其中，D_p为变量泵的弧度排量，D_g为液压马达M1的弧度排量，c_t为液压系统总的泄漏系数，T_g为发电机负载转矩，J₂为作用在液压马达M2与发电机转轴上所有部件总的转动惯量，B₂为作用在液压马达M2发电机转轴上的粘性阻尼系数；(4)为了改善调速效果，当测得发电机转速在调速单元启动1分钟后仍然超出设定转速范围，则人为改变调速增益Kv，改进调节效果；当变量泵工作为最大与最小排量时均无法将发电机转速调节至规定的运行转速范围内时，调速单元停机，重复执行步骤2的操作；通过这种方式实现了液压缸(3)的输出流量与发电机的转速之间的解耦，通过液压传动系统(7)将功率不稳定的变压网络转换为稳定功率输出的准恒压网络；其中，所述的具有功率解耦能力的波浪能发电装置液压传动系统包括浮筒(1)和液压缸(3)，二者通过万向铰链A(2)相连；液压缸通过万向铰链B(4)与水下舱体(6)相连，水下舱体(6)中具有液压传动系统(7)、联轴器A(8)和发电机(9)；其特征在于，液压缸的上行腔和下行腔上安有起安全限压作用的压力保护单元，压力保护单元与位于液压管路(5)中的液压整流桥路相连，液压整流桥路将双向液压油转换为单一方向泵入液压传动系统的液压马达M1(18)中；所述的液压传动系统包括液压马达M1(18)、联轴器B(19)、变量泵(20)、液压马达M2(21)和油箱(22)，液压马达M1通过联轴器B与变量泵同轴安装，变量泵输送的高压油驱动另一个液压马达M2转动，液压马达M2通过联轴器A带动发电机转动，变量泵输送的低压油驱动流回油箱中，在此油路中安装单向阀C1(23)和单向阀C2(24)保证变量泵转速下降时不产生液压油倒吸现象，并且此油路中安装起吸收压力、流量脉动和稳定功率输出 作用的高压皮囊式蓄能器(25)；在液压马达M2的出油口安装防止马达转速下降时产生液压油倒吸作用的单向阀C3(30)；所述的压力保护单元包括单向阀S1(10)、单向阀S2(12)、溢流阀R1(11)和溢流阀R2(13)，液压缸(3)的上行腔A口端安装单向阀S1和溢流阀R1，液压缸下行腔B口端安装单向阀S2和溢流阀R2；所述的液压整流桥路包括单向阀K1(14)、单向阀K2(15)、单向阀K3(16)和单向阀K4(17)，液压缸(3)活塞杆向上运动产生的高压油通过单向阀K3驱动液压马达M1(18)，低压油通过单向阀K2流回液压缸下行腔B口；液压缸活塞杆向下运动产生的高压油通过单向阀K4驱动液压马达M1，低压油通过单向阀K1返回液压缸的上行腔A口；所述的液压传动系统还包括具有输入功率与输出功率解耦作用的变量机构(26)、电磁节流阀(27)和测速泵(28)，变量机构安装于变量泵(20)上，测速泵与变量泵同轴安装，液压缸(3)上安有电磁节流阀；液压马达M1(18)和变量泵(20)同轴安装构成液压变压器，将低压、大流量的输入转换为高压、小流量的输出；此输出回路中安装溢流阀(29)，溢流阀安装在高压皮囊式蓄能器(25)的出口，其泄油口与油箱(22)相连，用以消除压力峰值，液压变压比λ计算公式为：其中P_p为变量泵的输出压力，P_m为液压马达M1的输入压力，D_p为变量泵的排量，D_m为液压马达M1的排量；测速泵(28)和变量泵(20)构成发电机(9)的调速单元，启动测速泵可通过调节变量泵的排量Dp，抵消变量泵转速ω1变化对发电机转速ω2产生的影响，实现发电机转速调节；计算公式为步骤(3)中记载的计算公式。