[發明專利]海流能發電裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201310007287.6
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103047075A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 周宏賓;石茂順;劉宏偉;李偉;林勇剛;徐全坤;丁金鐘
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B15/12;H02P9/04;F16H39/02
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

技術領域

本發明涉及一種海流能發電裝置及其控制方法。

背景技術

目前，國家大力倡導發展清潔的可再生能源，海流能成為即風能、太陽能之后又一個重點研究的領域，它具有能量密度高、可預測性強等優點。離網型的海流能發電裝置可以解決孤島供電困難的問題，具有很大的現實意義和研究價值。和風力機類似，海流能發電裝置存在著前端葉輪轉速與后端發電機額定轉速不匹配的現象，因此需要有一個傳動系統將葉輪捕獲的能量傳遞給發電機。傳動系統直接影響到整個海流能發電裝置的性能和效率。

傳統的傳動系統一般是一個增速齒輪箱。齒輪箱傳動的優點是具有很高的機械效率，其機械效率一般在95%以上。與風力機類似，海流能發電裝置所捕獲的能量隨著海流流速的波動而波動，齒輪箱傳遞的扭矩也是隨之變化的，齒輪箱長期工作于交變載荷下，很容易發生疲勞破壞。據統計，齒輪箱故障在風力機故障中占有很大的比例。針對傳統齒輪箱存在的不足，提出了液壓傳動，從根本上解決了齒輪箱疲勞失效的問題。液壓傳動具有較高的柔性，可以緩沖葉輪捕獲能量的波動，同時能夠實現無級變速。

理想的海流能發電裝置液壓傳動系統可以實現兩個方面的控制，一是葉輪最大能量捕獲控制，二是發電機恒轉速控制。葉輪最大能量捕獲控制是指：隨著海流流速的變化，對于一個幾何結構不變的葉輪，始終存在一個最佳葉尖速比，葉輪工作在最佳葉尖速比時其能量捕獲效率最大，控制葉輪的轉速，使葉輪在變化著的海流流速下跟蹤最佳葉尖速比，即為最大能量捕獲控制。發電機恒轉速控制是指：發電機轉速不隨負載的大小變化而變化，始終工作在發電機的額定轉速。

公開號為CN101350589的發明專利，提出了一種基于液壓傳動的海流發電變速恒頻方法及其裝置。該系統的實質是通過一個變量泵拖動一個變量馬達以實現無級變速，通過一個蓄能器吸收系統的壓力流量脈動帶來的沖擊。系統的壓力流量脈動主要來自兩個方面，一是來自變量泵轉速的脈動，即葉輪轉速的變化；二是來自容積式變量泵的固有結構，即有限個容腔。系統中的蓄能器存在一個固有角頻率ω_A，系統脈動頻率ω_s越接近ω_A，蓄能器吸收脈動的效果越好；當系統脈動頻率ω_s遠離ω_A時，蓄能器起不到吸收脈動的作用。海流能發電裝置實際的工況復雜，其系統壓力脈動分布在一個較寬的頻率區域上，在一些頻率范圍內，蓄能器起到的吸收脈動的作用很小，因此該專利提出的系統不可避免的存在剛性沖擊，這是該系統的一大缺陷。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種海流能發電裝置及其控制方法，采用液壓傳動方式，海流流速波動對系統帶來的沖擊小，可以實現葉輪最大功率跟蹤控制以及發電機的恒頻輸出控制。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

海流能發電裝置，包括由海流推動旋轉的葉輪、由葉輪直接驅動的第一變量液壓泵，第一變量液壓泵的入口連接油箱，第一變量液壓泵的出口經過第一單向閥連接變量液壓馬達的入口，變量液壓馬達的出口連接油箱，變量液壓馬達具有第一輸出軸和第二輸出軸，所述第一輸出軸連接發動機的主軸，該發電機的輸出端連接負載，所述第二輸出軸連接第二變量液壓泵的主軸，第二變量液壓泵的入口接油箱，第二變量液壓泵的出口經過第二單向閥接變量液壓馬達的入口，第二變量液壓泵與變量液壓馬達構成可吸收系統脈動的油液循環回路；所述葉輪處裝有測量海流流速的流速傳感器，葉輪與第一變量液壓泵連接的主軸上裝有第一轉速傳感器，變量液壓馬達入口的液壓管路上裝有壓力傳感器，發電機的主軸上裝有第二轉速傳感器，所述流速傳感器、第一轉速傳感器、壓力傳感器、第二轉速傳感器采集的信號均傳輸給控制器，控制器發出第一變量液壓泵的排量控制信號、第二變量液壓泵的排量控制信號、以及變量液壓馬達的排量控制信號。

進一步，所述變量液壓馬達的入口管路上經過截止連接有蓄能器。蓄能器可以吸收系統中頻率接近蓄能器固有角頻率的脈動，使液壓系統保持穩定。

進一步，所述變量液壓馬達的入口管路上連接有溢流閥。通過溢流閥可以設定系統壓力，當系統壓力過高時，可以通過溢流閥釋放部分液壓油，使系統壓力值維持在溢流閥的設定溢流壓力值，避免系統壓力過高對系統造成損壞。

上述海流能發電裝置的控制方法：