功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统及其控制方法
【专利摘要】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。
【专利说明】功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋波浪能开发及利用【技术领域】，具体涉及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。
【背景技术】
[0002]在众多类型的海洋波浪能发电设备中，液压式波浪能发电装置应用非常广泛，这主要是由于液压传动系统具有传动功率大、结构小、响应速度快、可以实现无级变速、易实现过载保护等优点，并且液压系统的泵——马达模式切换容易，非常适合应用在海洋波浪能发电这种低速、大功率的设备中，目前国际上已成熟应用的多个波浪能发电装置均采用液压传动作为动力传递系统。但是，由于海洋波浪能的特点使得波浪能发电装置传动网络的输入端为低压、大流量的功率输入，且输入功率为不稳定、不连续甚至是快速突变的，这使得系统中液压元件的效率降低，非常不利于对系统的控制作用。
[0003]目前，国内外波浪能发电装置中大多采用大容量蓄能器平稳流量与压力波动实现输入输出功率的解耦。但大容量蓄能器存在着成本高、重量大，长时间使用发生泄漏等不利因素，更主要的是低压、大流量的功率输入使得蓄能器的反映迟缓，且容易混入气体，严重影响液压系统的正常工作状态。上述缺陷不仅限制了液压传动系统对功率的调节与控制作用，也增加了系统的不可靠性。
[0004]中国专利CN101737241A公开了一种“基于液压传动的波浪发电蓄能稳压恒频方法及其装置”，该装置主要依靠大容量蓄能器来吸收波浪变化引起的能量波动，通过改变马达排量来实现对发电机转速的调节；此种方法的调速范围窄，不宜进行平稳速度控制，依然会对发电机组造成冲击。因此，有必要设计一种全新的应用于波浪能发电装置中的液压传动系统及其控制方法，在不增大容量的前提下充分发挥蓄能器蓄能、吸收压力/流量脉动的作用，并实现输入与输出功率的解耦。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术的不足，本发明提供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，根据液压变压的原理，将低压、大流量的输入功率转换为高压、小流量的输出功率，提高液压元件的工作效率；本发明的控制方法能够根据不同的工作海况实时调节马达输出转速，稳定发电机的转速在合理的范围内变化，同时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。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现的:
[0007]—种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、和通过万向铰链A与浮筒相连液压缸，浮筒在波浪驱动下带动液压缸输出和吸入压力油，压力油通过液压管路流入到液压传动系统中，所述的液压传动系统包括液压马达Ml、联轴器B、变量泵、液压马达M2和油箱；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马达Ml中；所述的液压马达Ml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Cl和单向阀C2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；在液压马达M2的出油口安装单向阀C3，主要防止马达转速下降时产生液压油倒吸现象；所述的液压传动系统、联轴器A和发电机均位于水下舱体中，水下舱体通过万向铰链B与液压缸相连。
[0008]上述的压力保护单元包括单向阀S1、单向阀S2、溢流阀Rl和溢流阀R2，单向阀SI和溢流阀Rl对液压缸的上行腔起安全限压作用，当上行腔A 口压力高于溢流阀Rl的调定压力时，溢流阀Rl导通，高压油回流到低压腔A 口；单向阀S2和溢流阀R2对液压缸的下行腔B 口压力起安全限压作用。
[0009]上述的液压整流桥路包括单向阀K1、单向阀K2、单向阀K3和单向阀K4，当液压缸的活塞杆向上运动时，高压油通过单向阀K3驱动液压马达Ml，而低压油通过单向阀K2流回液压缸下行腔B 口的；当液压缸的活塞杆向下运动时，高压油通过单向阀K4驱动液压马达M1，而低压油通过单向阀Kl返回液压缸的上行腔A 口。
[0010]上述的液压传动系统还包括具有输入功率与输出功率解稱作用的变量机构、电磁节流阀和测速泵，变量机构安装于 变量泵上，测速泵与变量泵同轴安装，液压缸上安有电磁节流阀，测速泵自动地输出与转速成比例的控制流量，并在电磁节流阀上产生控制压差。
[0011]上述的液压马达Ml和变量泵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，液压变压比λ计算公式为:
【权利要求】
1.一种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(I)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(S)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Ml (18)中；所述的液压传动系统包括液压马达Ml (18)、联轴器B (19)、变量泵(20)、液压马达M2(21)和油箱(22)，液压马达Ml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Cl (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)。
2.如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述的压力保护单元包括单向阀SI (10)、单向阀S2 (12)、溢流阀Rl(Il)和溢流阀R2 (13)，液压缸(3)的上行腔A 口端安装单向阀SI和溢流阀Rl，液压缸下行腔B 口端安装单向阀S2和溢流阀R2。
3.如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述的液压整流桥路包括单向阀Kl (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Ml (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Kl返回液压缸的上行腔A 口。
4.如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，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。
5.如权利要求1所述的压传动系统，其特征在于，液压马达Ml(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:
6.如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，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O1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:
7.—种权利要求1所述的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Ml(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则变量泵与马达脱开，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I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《^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:
【文档编号】F15B20/00GK103967694SQ201410202970
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】崔晓, 程永强, 初士博, 惠力, 鲁成杰, 王志, 王成响 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所