本發(fā)明涉及波浪能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)及控制策略。

背景技術(shù)：

海洋波浪蘊(yùn)藏著巨大的能量，全球有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的波浪能開采量估計(jì)為1～10億千瓦，中國波浪能的理論儲量為7000萬千瓦左右。波浪能發(fā)電系統(tǒng)可將波浪的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣輪機(jī)、水輪機(jī)或油壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

為保證波浪能發(fā)電平臺在波浪高度和波浪周期變化時(shí)正常工作，同時(shí)能夠獲得較高的發(fā)電效率，波浪能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)?，F(xiàn)有的液壓發(fā)電系統(tǒng)，多采用單級液壓馬達(dá)回路，波浪能轉(zhuǎn)化的壓力能通過液壓馬達(dá)的作用轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

以上系統(tǒng)存在的問題主要是發(fā)電機(jī)輸出功率不穩(wěn)定和發(fā)電效率低。當(dāng)波浪能密度較低時(shí)，液壓回路的油壓比較低；當(dāng)波浪能密度較高時(shí)，液壓回路的油壓比較高。此時(shí)，液壓馬達(dá)為了適應(yīng)工況，需要寬的工作范圍，但會造成液壓馬達(dá)不能一直處于最優(yōu)工況，轉(zhuǎn)換效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)及控制策略，以實(shí)現(xiàn)不同工況高效穩(wěn)定的發(fā)電功能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)，包括用于將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換為電能的液壓發(fā)電模塊、用于將液壓發(fā)電模塊產(chǎn)生電能輸送至電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)模塊和用于將波浪能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能的波浪能轉(zhuǎn)換模塊；所述波浪能轉(zhuǎn)換模塊包括安裝于波浪能發(fā)電平臺上的浮子，所述浮子與齒條鉸接，所述齒條與安裝在波浪能發(fā)電平臺上的齒輪箱內(nèi)的齒輪嚙合，所述齒輪箱的輸出軸與雙向齒輪油泵采用聯(lián)軸器連接；所述雙向齒輪油泵的兩個(gè)出油口分別與梭閥的兩個(gè)進(jìn)油口連接，所述梭閥的出油口與單向閥的進(jìn)油口連接，所述單向閥的出油口通過高壓出油管與液壓發(fā)電模塊連接。

進(jìn)一步地，所述液壓發(fā)電模塊包括高壓進(jìn)油總管、總路流量傳感器、總路壓力傳感器、控制器ECU和若干個(gè)相同的發(fā)電支路，每一個(gè)發(fā)電支路包括一端與所述高壓進(jìn)油總管連接的進(jìn)油支管，所述進(jìn)油支管的另一端通過支路流量傳感器與電磁通斷閥的一端連接；所述電磁通斷閥另一端與電磁比例調(diào)節(jié)閥的一端通過高壓油管連接；所述電磁比例調(diào)節(jié)閥的另一端與液壓馬達(dá)通過高壓油管連接，所述電磁比例調(diào)節(jié)閥與液壓馬達(dá)之間的高壓油管中設(shè)置由支路壓力傳感器；所述液壓馬達(dá)與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器連接；所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過功率輸出線輸送到并網(wǎng)模塊。當(dāng)波浪能轉(zhuǎn)換模塊將高壓油輸入所述液壓發(fā)電模塊后進(jìn)入蓄能器，通過所述壓力傳感器和流量傳感器確定主油路的流量和油壓。將得到的流量和壓力數(shù)據(jù)與各發(fā)電機(jī)組的液壓馬達(dá)額定工作壓力和排量進(jìn)行對比，確定最佳的工作模式。

更進(jìn)一步地，所述并網(wǎng)模塊包括DC/DC變換器、DC/AC并網(wǎng)逆變器、逆變器控制系統(tǒng)、電壓/電流檢測器以及濾波電路。發(fā)電設(shè)備輸出的直流電，經(jīng)過DC/DC變換器后使得其電壓達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。隨后送入DC/AC并網(wǎng)逆變器，完成最終的升壓以及穩(wěn)頻，使其各項(xiàng)參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)保持一致，便于并網(wǎng)。

更進(jìn)一步地，所述液壓發(fā)電模塊還包括蓄能器和溢流閥。當(dāng)油壓高于發(fā)電支路的最高工作壓力時(shí)，溢流閥開啟，釋放蓄能器內(nèi)的壓力，保護(hù)發(fā)電支路的安全。

更進(jìn)一步地，所述波浪能轉(zhuǎn)換模塊為若干個(gè)，均通過高壓出油管與液壓發(fā)電模塊連接。

更進(jìn)一步地，所述發(fā)電支路為三個(gè)，分別為第一發(fā)電支路、第二發(fā)電支路、第三發(fā)電支路，第一發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M1的額定最高壓力設(shè)定為m MPa，額定最大排量設(shè)定為n ml/r，第二發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M2的額定最高壓力設(shè)定為2m MPa，額定最大排量設(shè)定為2n ml/r，第三發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M3的額定最高壓力設(shè)定為3m MPa，額定最大排量設(shè)定為3n ml/r。

一種根據(jù)上述波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)的控制策略，包括如下步驟：

1)采集總路壓力傳感器的壓力值H、總路流量傳感器的流量值F；采集第一支路壓力傳感器的壓力值h1、第一支路流量傳感器的流量值f1；采集第二支路壓力傳感器的壓力值h2、第二支路流量傳感器的流量值f2；采集第三支路壓力傳感器的壓力值h3、第三支路流量傳感器的流量值f3；

2)當(dāng)滿足H<m，F(xiàn)<n時(shí)，前往步驟3)；當(dāng)滿足m<H<2m，n<F<2n時(shí)，前往步驟4)；當(dāng)滿足2m<H<3m，2n<F<3n時(shí)，前往步驟5)，當(dāng)滿足3m<H<4m，3n<F<4n時(shí)，前往步驟6)；當(dāng)滿足4m<H<5m，4n<F<5n時(shí)，前往步驟7)；當(dāng)滿足5m<H<6m，5n<F<6n時(shí)，前往步驟8)；

3)開啟第一發(fā)電支路的電磁通斷閥，關(guān)閉第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足H＝h1，F(xiàn)＝f1；

4)開啟第二發(fā)電支路的電磁通斷閥，關(guān)閉第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足H＝h2，F(xiàn)＝f2；

5)開啟第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，關(guān)閉第一發(fā)電支路和第二發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足H＝h3，F(xiàn)＝f3；

6)開啟第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，關(guān)閉第二發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足f1＝m，H＝h1+h3；

7)開啟第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，關(guān)閉第一發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足f2＝2m，H＝h2+h3；

8)開啟第一發(fā)電支路、第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路、第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥直至滿足f1＝m，f2＝2m，H＝h1+h2+h3。通過電磁通斷閥的開啟/關(guān)閉以及比例調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)蓄能器內(nèi)壓力在0～6m MPa，主油路流量0～6n變化時(shí)液壓馬達(dá)一直處于最佳工作狀態(tài)，從而使發(fā)電機(jī)組可以穩(wěn)定高效的工作。

本發(fā)明的工作原理為當(dāng)浮子在波浪的作用下上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過浮子上連接的齒條和與之相嚙合的齒輪帶動(dòng)雙向齒輪油泵做功使進(jìn)入雙向齒輪油泵的液壓油壓力升高；通過梭閥實(shí)現(xiàn)浮子向上和向下運(yùn)動(dòng)時(shí)做功疊加；通過單向閥使波浪能轉(zhuǎn)換模塊向液壓發(fā)電模塊持續(xù)單向輸出高壓油。液壓發(fā)電模塊將高壓液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換為電能，液壓發(fā)電模塊將產(chǎn)生電能輸送至電網(wǎng)系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

1)采用雙向齒輪油泵和梭閥組合，實(shí)現(xiàn)浮子雙行程做功，提高了波浪能轉(zhuǎn)換效率；

2)采用蓄能器穩(wěn)壓，一方面可以實(shí)現(xiàn)以一定壓力輸出到液壓馬達(dá)，同時(shí)可以減少壓力脈動(dòng)帶來的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速變化；

3)采用多發(fā)電組復(fù)合的設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)液壓發(fā)電模塊更高的壓力和流量適應(yīng)范圍，同時(shí)可以保證液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)處于最佳工作區(qū)間，提高波浪能發(fā)電平臺的發(fā)電效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)的油路圖。

圖2為圖1中的波浪能轉(zhuǎn)換模塊油路圖。

圖3為圖1中的液壓發(fā)電模塊油路圖。

圖4為圖1中的并網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：液壓發(fā)電模塊1，液壓馬達(dá)1.1，發(fā)電機(jī)1.2，支路壓力傳感器1.3，電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4，電磁通斷閥1.5，支路流量傳感器1.6，進(jìn)油支管1.7，功率輸出線1.8，高壓進(jìn)油總管1.9，總路流量傳感器1.10，總路壓力傳感器1.11，蓄能器1.12，溢流閥1.13，并網(wǎng)模塊2，DC/DC變換器2.1，DC/AC并網(wǎng)逆變器2.2，逆變器控制系統(tǒng)2.3，電壓/電流檢測器2.4，濾波電路2.5，波浪能轉(zhuǎn)換模塊3，齒條3.1，齒輪箱3.2，雙向齒輪油泵3.3，梭閥3.4，單向閥3.5，高壓出油管3.6，浮子3.7。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明一種波浪能發(fā)電裝置液壓匹配系統(tǒng)，包括用于將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換為電能的液壓發(fā)電模塊1、用于將液壓發(fā)電模塊1產(chǎn)生電能輸送至電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)模塊2和用于將波浪能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能的波浪能轉(zhuǎn)換模塊3。

如圖2所示，波浪能轉(zhuǎn)換模塊3包括安裝于波浪能發(fā)電平臺上的浮子3.7，，可以隨著波浪運(yùn)動(dòng)上下滑動(dòng)，浮子3.7與齒條3.1鉸接，齒條3.1與安裝在波浪能發(fā)電平臺上的齒輪箱3.2內(nèi)的齒輪嚙合，齒輪箱3.2的輸出軸與雙向齒輪油泵3.3采用聯(lián)軸器連接；雙向齒輪油泵3.3的兩個(gè)出油口分別與梭閥3.4的兩個(gè)進(jìn)油口連接，梭閥3.4的出油口與單向閥3.5的進(jìn)油口連接，單向閥3.5的出油口通過高壓出油管3.6與液壓發(fā)電模塊1連接。波浪能轉(zhuǎn)換模塊3為若干個(gè)，均通過高壓出油管3.6與液壓發(fā)電模塊1連接。通過這種連接方式，可以將波浪能轉(zhuǎn)換為浮子3.7的動(dòng)能，通過齒輪、齒條結(jié)構(gòu)和雙向齒輪油泵3.3將浮子3.7的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏撼鲇凸軆?nèi)3.6液壓油的壓力能。同時(shí)，在浮子3.7依靠重力下降時(shí)也可以做功，將浮子3.7的重力勢能轉(zhuǎn)換為高壓出油管3.6內(nèi)液壓油的壓力能，實(shí)現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)換模塊3的雙行程做功，提高能量轉(zhuǎn)換效率。

如圖3所示，液壓發(fā)電模塊1包括高壓進(jìn)油總管1.9、總路流量傳感器1.10、總路壓力傳感器1.11、控制器ECU、蓄能器1.12、溢流閥1.13和多個(gè)相同的發(fā)電支路。高壓進(jìn)油總管1.9與蓄能器1.12連接，中間設(shè)有總路流量傳感器1.10，實(shí)時(shí)檢測高壓進(jìn)油總管的流量；蓄能器1.12上安裝有總路壓力傳感器1.11，用來檢測蓄能器1.12內(nèi)油壓。本實(shí)施例中為三個(gè)發(fā)電支路，第一發(fā)電支路包括進(jìn)油支管1.7，進(jìn)油支管1.7的一端通過三通接頭與蓄能器1.12引出的高壓進(jìn)油總管1.9連接，進(jìn)油支管1.7的另一端通過支路流量傳感器1.6與電磁通斷閥1.5的一端連接；電磁通斷閥1.5另一端與電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4的一端通過高壓油管連接；電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4的另一端與液壓馬達(dá)1.1通過高壓油管連接，電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4與液壓馬達(dá)1.1之間的高壓油管中設(shè)置由支路壓力傳感器1.3；液壓馬達(dá)1.1與發(fā)電機(jī)1.2通過聯(lián)軸器連接；發(fā)電機(jī)1.2產(chǎn)生的電能通過功率輸出線1.8輸送到并網(wǎng)模塊2。第二發(fā)電支路、第三發(fā)電支路的結(jié)構(gòu)、連接方式與第一發(fā)電支路相同，其中，三組發(fā)電機(jī)組G1、G2、G3適配的液壓馬達(dá)M1、M2、M3的壓力和排量為：第一發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M1的額定最高壓力m MPa，排量n ml/r；第二發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M2的額定最高壓力2m MPa，額定最大排量2n ml/r；第三發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M3的額定最高壓力3m MPa，排量3n ml/r。

如圖4所示，并網(wǎng)模塊2包括DC/DC變換器2.1、DC/AC并網(wǎng)逆變器2.2、逆變器控制系統(tǒng)2.3、電壓/電流檢測器2.4以及濾波電路2.5。發(fā)電設(shè)備輸出的直流電，經(jīng)過DC/DC變換器2.1后使得其電壓達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。隨后送入DC/AC并網(wǎng)逆變器2.2，完成最終的升壓以及穩(wěn)頻，使其各項(xiàng)參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)保持一致，便于并網(wǎng)。在并入電網(wǎng)之前，輔助以濾波電路2.5來濾除其中的高頻諧波以及電路系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種噪聲，提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，以保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。整個(gè)逆變過程需要在逆變控制系統(tǒng)2.3的控制之下進(jìn)行，電壓/電流檢測器2.4不斷地檢測并網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，保證并網(wǎng)過程的正常進(jìn)行。一旦出現(xiàn)問題，逆變控制系統(tǒng)將2.3及時(shí)斷開并網(wǎng)模塊與電網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)。

液壓配系統(tǒng)的工作方式為：通過三個(gè)發(fā)電支路內(nèi)電磁通斷閥1.5的開啟/關(guān)閉以及比例調(diào)節(jié)閥1.4的調(diào)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)蓄能器1.12內(nèi)壓力在0～6m MPa，主油路流量0～6n變化時(shí)液壓馬達(dá)1.1一直處于最佳工作狀態(tài)，從而使發(fā)電機(jī)1.2可以穩(wěn)定高效的工作。

本發(fā)明提出一種基于上述液壓匹配系統(tǒng)的控制策略，包括如下步驟：

1)將第一發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M1的額定最高壓力設(shè)定為mMPa，額定最大排量設(shè)定為n ml/r，第二發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M2的額定最高壓力設(shè)定為2m MPa，額定最大排量設(shè)定為2n ml/r，第三發(fā)電支路的液壓馬達(dá)M3的額定最高壓力設(shè)定為3m MPa，額定最大排量設(shè)定為3n ml/r；

2)采集總路壓力傳感器1.11的壓力值H、總路流量傳感器1.10的流量值F；采集第一支路壓力傳感器1.3的壓力值h1、第一支路流量傳感器1.6的流量值f1；采集第二支路壓力傳感器1.3的壓力值h2、第二支路流量傳感器1.6的流量值f2；采集第三支路壓力傳感器1.3的壓力值h3、第三支路流量傳感器1.6的流量值f3。

3)控制器ECU對采集值進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)構(gòu)發(fā)出控制指令當(dāng)滿足H<m，F(xiàn)<n時(shí)，前往步驟4)；當(dāng)滿足m<H<2m，n<F<2n時(shí)，前往步驟5)；當(dāng)滿足2m<H<3m，2n<F<3n時(shí)，前往步驟6)，當(dāng)滿足3m<H<4m，3n<F<4n時(shí)，前往步驟7)；當(dāng)滿足4m<H<5m，4n<F<5n時(shí)，前往步驟8)；當(dāng)滿足5m<H<6m，5n<F<6n時(shí)，前往步驟9)；

4)開啟第一發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，關(guān)閉第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足H＝h1，F(xiàn)＝f1；

5)開啟第二發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，關(guān)閉第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足H＝h2，F(xiàn)＝f2；

6)開啟第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，關(guān)閉第一發(fā)電支路和第二發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足H＝h3，F(xiàn)＝f3；

7)開啟第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，關(guān)閉第二發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足f1＝m，H＝h1+h3；

8)開啟第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，關(guān)閉第一發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足f2＝2m，H＝h2+h3；

9)開啟第一發(fā)電支路、第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁通斷閥1.5，調(diào)節(jié)第一發(fā)電支路、第二發(fā)電支路和第三發(fā)電支路的電磁比例調(diào)節(jié)閥1.4直至滿足f1＝m，f2＝2m，H＝h1+h2+h3。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡任何背離本專利的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。