[发明专利]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

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ω_A，系统脉动频率ω_s越接近ω_A，蓄能器吸收脉动的效果越好；当系统脉动频率ω_s远离ω_A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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海流能发电装置及其控制方法，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，本发明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：