本发明涉及海洋液压发电的，尤其涉及一种多级储能的波浪能液压能量转换系统及其控制方法。
背景技术：
1、目前，海洋的波浪能是一种绿色环保、储量充足、能流密度高的海洋可再生原位能源，探索利用此类非陆基新能源有望解决深远海工程装备的能源紧张问题。
2、波浪能的产生依赖于自然环境、天气条件与地理位置等诸多不可控因素，其能量输出往往表现出显著的波动性和不连续性，包括幅度和频率的随机变化，以及可能的突然能量激增。这些特性需要发电设备的机械结构具备较好的抗冲击能力、稳定的工作状态以及高度的可靠性。液压传动系统不仅结构设计相对简单，而且能够实现能量的柔性传递，有效减少冲击负荷。此外，其内置的蓄能装置能够稳定输出压力，确保能源供应的连续性，同时液压传动还擅长处理大扭矩的转换需求，进一步提升系统的整体效率和性能。因此，液压传动在波浪能量转换领域得到了广泛的应用和推广。
3、针对上述的相关技术，传统的液压传动系统安装在海上或者岸基平台上，在应对波浪能量波动时，常依赖于蓄能器来缓和由波浪速度和状态变化所带来的不稳定性，力求实现能量输出的平稳化。然而，现有多数液压式波浪能发电装置在整个工作压力区间内仅采用一个蓄能器和一台发电机，或者两个蓄能器和一台发电机，这样会导致在液压能转换为电能的过程中无法保持较高的转换效率，不利于液压能的充分利用。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种多级储能的波浪能液压能量转换系统及其控制方法，采用多级储能的波浪能液压能量转换系统，通过将不同容积的蓄能器和机械式储能的飞轮结合，并且增加副发电机，使得系统内尽量减少液压油的压力脉动，提高了波浪能发电装置液压能转换效率，有利于输出更多电能，整个发电过程不需要外部电力参与，简化波浪能发电装置的储能方式，节约了电能，还具备液压回路工作压力范围可调等优点，将波浪能进行分级蓄能和多级平滑液流，这不仅有利于避免蓄能器压力过大，提高发电系统的安全性和可持续性，而且有利于提高液压式波浪能转换系统的工作效率。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
3、本发明的第一个目的在于提供一种多级储能的波浪能液压能量转换系统，包括外伸架，外伸架远离岸基平台的一侧设有液压缸，液压缸下设有浮子，外伸架内设有液压pto系统；
4、液压pto系统包括油箱、单向阀组、蓄能器组和发电机组，液压缸通过单向阀组与油箱连接，蓄能器组和发电机组均与油箱串联连接；
5、液压缸竖直放置，用于将浮子俘获的垂荡方向的波浪能转化为液压能；
6、单向阀组将来自液压缸的高压液流通过整流桥路变为单向液流进入液压pto系统主回路；
7、蓄能器组由多个蓄能器组成，发电机组由储能飞轮、至少两个液压马达和至少两个发电机组成。
8、通过采用上述技术方案，采用多级储能的波浪能液压能量转换系统，通过将不同容积的蓄能器和机械式储能飞轮结合，并且增加副发电机，使得系统内尽量减少液压油的压力脉动，提高了波浪能发电装置液压能转换效率，有利于输出更多电能，整个发电过程不需要外部电力参与，简化波浪能发电装置的储能方式，节约了电能，还具备液压回路工作压力范围可调等优点，将波浪能进行分级蓄能和多级平滑液流，这不仅有利于避免蓄能器压力过大，提高发电系统的安全性和可持续性，而且有利于提高液压式波浪能转换系统的工作效率。
9、进一步的，所述液压pto系统还包括调速阀，调速阀与蓄能器组、发电机组串联连接。
10、通过采用上述技术方案，蓄能器将来自液压马达的液压油储存，储存满之后释放，经过调速阀调节液压油流速，使得进入蓄能器和液压马达中的液压油流速恒定，通过蓄能器吸收前序回路中的液压脉动，保证发电机的稳定发电。
11、进一步的，所述液压pto系统还包括流量传感器和压力传感器，流量传感器、压力传感器与蓄能器组、发电机组均为串联连接。
12、通过采用上述技术方案，通过对比各级储能阶段的液压油的流量和压力，直观确定蓄能器与储能飞轮对液压系统的作用效果。
13、进一步的，所述液压pto系统还包括液压阀，液压阀的一端串联连接单向阀组与油箱，液压阀的另一端与蓄能器组、发电机组串联连接。
14、通过采用上述技术方案，液压阀选用先导式液压阀，进一步提高发电系统的安全性和可持续性，提高液压式波浪能转换系统的工作效率。
15、进一步的，所述蓄能器组包括若干个小容积蓄能器和若干个大容积蓄能器。
16、通过采用上述技术方案，蓄能器为小容积的蓄能器，主要是吸收流过整流桥的液压油的压力脉动，蓄能器为大容积的蓄能器，主要是储存较为稳定的高压液压油。
17、进一步的，所述蓄能器组中的每个蓄能器均设有开关。
18、通过采用上述技术方案，控制开关的开闭，对于不同海域的不同海况，可以采用不同的蓄能器与储能飞轮的组合，实现多级储能和吸收压力脉动的效果。
19、本发明的第二个目的在于提供一种如上所述的多级储能的波浪能液压能量转换系统的控制方法，包括如下步骤：
20、步骤一：充能阶段，液压缸的液压油通过变量活塞驱动液压马达中心轴旋转，再通过联轴器的传递运动，带动储能飞轮转动，储能飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成液压能到机械能、机械能再到机械能的转换与传递的能量变化过程；
21、步骤二：能量储存在旋转的储能飞轮的轮体中，同时拖动发电机旋转发电，实现从机械能到电能的能量转换过程；
22、步骤三：释能阶段，当液压马达的液压油压力和流速降低时，液压马达输出转速降低，由于储能飞轮中储存的机械能，此时进入释能时段，储能飞轮开始转速降低，将储存的机械能释放出来，保证液压马达、储能飞轮和发电机的缓慢转动，充能阶段和释能阶段储能飞轮均可拖动发电机发电。
23、进一步的，所述蓄能器将来自液压马达的液压油储存，储存满之后释放，经过调速阀的调节液压油流速，使得进入蓄能器和液压马达中的液压油流速恒定。
24、进一步的，在低海况时，液压pto系统储存液压能，蓄能器中液压油储存满后，自动释放，带动主发电机发电，储能飞轮发挥平滑液流的功能，当液压马达工作在最大排量，由于转速较低，发电机提供小阻尼，储能飞轮旋转起来保证进一步平滑液流，保证发电机组的工况稳定。
25、进一步的，在高海况时，通过调节液压马达实现功率控制，液压马达转速提高，发电机将多余能量转换为电能，液压pto系统压力提升，将能量储存到储能飞轮和蓄能器中，带动发电机发电，保证发电机组的发电效率。
26、综上所述，与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：
27、（1）采用多级储能的波浪能液压能量转换系统，通过将不同容积的蓄能器和机械式储能飞轮结合，并且增加副发电机，使得系统内尽量减少液压油的压力脉动，提高了波浪能发电装置液压能转换效率，有利于输出更多电能，整个发电过程不需要外部电力参与，简化波浪能发电装置的储能方式，节约了电能，还具备液压回路工作压力范围可调等优点，将波浪能进行分级蓄能和多级平滑液流，这不仅有利于避免蓄能器压力过大，提高发电系统的安全性和可持续性，而且有利于提高液压式波浪能转换系统的工作效率；
28、（2）蓄能器将来自液压马达的液压油储存，储存满之后释放，经过调速阀调节液压油流速，使得进入蓄能器和液压马达中的液压油流速恒定，通过蓄能器吸收前序回路中的液压脉动，保证发电机的稳定发电；
29、（3）通过对比各级储能阶段的液压油的流量和压力，能够直观地确定蓄能器与储能飞轮对液压系统的作用效果；
30、（4）本发明具有液压能转换效率高、控制方式简单、能量输出稳定等优点，并且在低海况时可以平滑液压流体、快速释放能量，在高海况时存储过剩能量，从而提高波浪能利用效率，且液压回路控制无需外部电力参与，通过多个蓄能器和储能飞轮的组合实现了更高效的能量利用，改善了发电质量，并能够根据海况自动调整发电模式，适用于各种波浪环境下的能源转换。