[发明专利]离网型海流能发电装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海流能发电装置及其控制方法。 

背景技术

作为新能源的一种，海流能全球储量巨大，能量密度高，可预测性强，备受关注。目前的海流能发电装置可分为并网型和离网型。并网型海流能发电装置主要将收集到的海流能输入到电网，不需要考虑负载特性，但由于海流发电的不稳定性，并网型海流能发电装置会对电网造成冲击，目前并网仍有一定难度。离网型海流能发电装置可将收集到的海流能就近供给附近的岛屿或偏远地区，输送成本低，实用性较强。 

离网型海流能发电装置的传动方式分为机械传动和液压传动。由于海流的不稳定性，机械传动会产生较大的冲击载荷及振动，对发电机及负载会产生较大冲击。而液压传动则可以减缓冲击载荷及振动，可以实现无极调速，有着很好的动态运行性能，有较高研究价值。 

海流能发电装置主要解决两个问题，一个是最大功率跟踪控制问题，一个是发电机恒频输出问题。此处的离网型海流发电技术中“恒频”的含义与并网型风力机技术中的“恒频”的含义不同，并网型风力机技术中的“恒频”的含义是机组输出的电能频率与电网频率保持同步，而离网型海流发电技术中的“恒频”的含义是为提高永磁同步发电机输出效率，使永磁同步发电机在机组运行时工作在额定转速。并网型海流发电技术中的“恒频”的含义依然与并网型风力机发电技术中的“恒频”的含义相同。公开号为CN101350589的发明专利，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，该专利的缺点在于，其发电机接电网，发电机频率由电网频率决定，不能被液压系统控制。如果该装置的发电机不接电网，离网使用，则其传动系统为基本的泵-马达系统。若同时实现最大功率跟踪控制以及发电机恒频输出控制，其控制量只有两个：变量液压泵和变量液压马达的排量，而控制对象实际上有三个：叶轮转速、发电机转速和系统压力。当液压传动系统有负载时，系统就会建立起一定的压力，通过调节变量液压泵的排量，就可以调节变量液压泵的反力矩，从而间接的调节叶轮转速，实现叶轮转速的主动控制。此时，假定系统负载不变，变量液压泵的输出流量为不可控变量，完全由海水流速决定，如果这个时候试图通过调节变量液压马达的排量来控制发电机转速（转速等于流量除以排量），排量的改变引起系统压力的变化，系统压力也成为不可控变量，导致变量液压马达输出力矩（排量乘以压力）的不可控，变量液压马达输出功率与负载所需功率不匹配，从而无法实现发电机转速的控制。也就是说该装置及其控制方法在离网情况下不能同时实现最大功率跟踪控制以及发电机的恒频输出控制。 

公开号为CN102628426A的发明专利申请，提出了一种基于液压传动的风力机及其控制方法。该风力机只能在未接入电网时在空载的情况下实现发电机的恒频运转，接电网之后，发电机的频率也是由电网决定，不能由液压系统进行控制。如果该风力机离网运行，由于其只有一个定量泵，一个变量液压马达，也就是只有一个控制变量，也不能同时实现最大功率跟踪控制以及发电机的恒频输出控制。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种离网型海流能发电装置及其控制方法， 采用液压传动方式，以实现叶轮最大功率跟踪控制，同时实现发电机的恒频输出控制。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案： 

离网型海流能发电装置，包括由海流推动旋转的叶轮，所述叶轮的转轴连接第一变量液压泵的主轴，第一变量液压泵的入口连接油箱，第一变量液压泵的出口连接并联的第二变量液压泵和定量液压马达，定量液压马达的输出轴连接第二变量液压泵的主轴，第二变量液压泵和定量液压马达构成液压变压器，第二变量液压泵的出口接油箱，定量液压马达的出口连接变量液压马达，变量液压马达的出口连接油箱，变量液压马达的输出轴连接发电机的主轴，发电机的输出端连接负载；所述叶轮处装有测量海水流速的流速传感器，叶轮与第一变量液压泵之间的连接轴上装有第一转速传感器，定量液压马达和变量液压马达之间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、第二转速传感器均与控制器相连，第一变量液压泵的排量执行机构、第二变量液压泵的排量执行机构、变量液压马达的排量执行机构均与控制器相连。 

进一步，所述第一变量液压泵与液压变压器的连接管路上设置有蓄能器，蓄能器的入口设置有截止阀。蓄能器的作用是吸收液压系统的波动，使液压系统保持平稳。当叶轮捕获过多的海流能时，多余的能量会以压力能的方式储存在蓄能器中；当叶轮捕获的海流能不足以供给发电机时，蓄能器释放能量供给发电机发电。