本發(fā)明屬于混合發(fā)電控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全液壓風(fēng)-潮汐混合發(fā)電設(shè)備的控制方法。

背景技術(shù)：

海上風(fēng)電具有能源儲量巨大、資源持續(xù)穩(wěn)定、低環(huán)境影響等優(yōu)點，相比陸上風(fēng)電具有高風(fēng)速、低風(fēng)切變、低湍流、高產(chǎn)出、使用壽命長的優(yōu)勢。然而，海上風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜多變的運行工況、高發(fā)的機(jī)械故障率、昂貴的維修成本等已成為制約海上風(fēng)電發(fā)展的障礙。

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有雙饋式和直驅(qū)式，但兩種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在結(jié)構(gòu)特性、控制方法及其兩者的匹配上存在諸多的問題。與傳統(tǒng)雙饋和直驅(qū)機(jī)型相比，液壓傳動系統(tǒng)功重比高，替代了雙饋機(jī)型的齒輪箱，避免了直驅(qū)機(jī)型龐大的永磁發(fā)電機(jī)。液壓傳動減速比實時調(diào)整，可采用電勵磁同步發(fā)電機(jī)，省掉整流逆變裝置，具有提高發(fā)電質(zhì)量，便于維護(hù)等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種全液壓風(fēng)-潮汐混合發(fā)電設(shè)備的控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在結(jié)構(gòu)特性、控制方法及其兩者的匹配上，存在運行工況復(fù)雜多變、機(jī)械故障高發(fā)、維修成本昂貴的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種全液壓風(fēng)-潮汐混合發(fā)電設(shè)備的控制方法，利用一種全液壓風(fēng)-潮汐混合發(fā)電設(shè)備，包括以下控制方式：

1)電動變槳控制

利用風(fēng)速風(fēng)向儀輸出的電壓與風(fēng)速成正比關(guān)系，直接將風(fēng)速信號轉(zhuǎn)為電信號；在中央控制器內(nèi)部預(yù)置的模糊pid算法中設(shè)置額定風(fēng)速時的基準(zhǔn)電壓值，通過風(fēng)速風(fēng)向儀反饋即時風(fēng)速的電壓信號與基準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，決定是否進(jìn)行風(fēng)動葉輪的電動變槳操作；

潮汐葉輪采用同樣的控制方法；

2)分流閥的開度控制

將風(fēng)能采集器上的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一和潮汐能采集器上的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二轉(zhuǎn)速信號以及兩個變量泵的排量信號，一起輸入中央控制器中，運用模糊pid算法進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果控制分流閥的開度；

3)最佳功率追蹤控制

利用轉(zhuǎn)矩平衡的方法調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)變量泵排量，使變量泵產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩為當(dāng)前風(fēng)速條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩；

4)液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)控制。

本發(fā)明的有益效果是，包括以下方面：

1)采用模糊pid控制器。運用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，中央控制器25根據(jù)實際的風(fēng)速，流速，流量，壓力、轉(zhuǎn)矩等信號的輸入，運用模糊推理，實現(xiàn)對pid參數(shù)的最佳調(diào)整。

2)利用轉(zhuǎn)矩平衡的方法調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速。通過調(diào)節(jié)變量泵排量，使變量泵產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩為當(dāng)前風(fēng)速條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩。讓葉輪在額定風(fēng)速下，保持最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)最大能量捕獲。

3)根據(jù)兩個變量泵輸出流量，控制分流閥的開度。一方面解決了由于風(fēng)塔過高，向風(fēng)泵供給水困難的問題；另一方面多余的流量可直接經(jīng)變截面噴嘴對沖擊式水輪機(jī)進(jìn)行沖擊，提高能量利用效率。

4)根據(jù)變量泵輸出流量，控制變截面噴嘴的截面積，實現(xiàn)液壓傳動系統(tǒng)的恒壓工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法控制對象的風(fēng)-潮汐混合發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明方法的整體控制原理框圖；

圖3為本發(fā)明方法中的分流閥8開度控制框圖；

圖4為本發(fā)明方法中的最優(yōu)功率點追蹤控制框圖；

圖5為本發(fā)明方法中的工作壓力調(diào)節(jié)控制框圖。

圖中，1.風(fēng)能采集器，2.變排量機(jī)構(gòu)一，3.潮汐能采集器，4.變量泵二，5.過濾器，6.變排量機(jī)構(gòu)二，7.單向閥，8.分流閥，9.變截面機(jī)構(gòu)二，10.沖擊式水輪機(jī)，11.永磁同步發(fā)電機(jī)，12.變截面機(jī)構(gòu)一，13.壓力傳感器一，14.壓力表一，15.蓄能器，16.溢流閥一，17.壓力傳感器二，18.壓力表二，19.變量泵一，20.溢流閥二，21.電動變槳控制器一，22.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一，23.電動變槳控制器二，24.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二，25.中央控制器，26.變截面噴嘴一，27.變截面噴嘴二。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照圖1、圖2，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是，包括風(fēng)能采集器1和潮汐能采集器3，風(fēng)能采集器1內(nèi)部包括風(fēng)動葉輪、電動變槳控制器一21、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一22及風(fēng)速風(fēng)向儀組成，潮汐能采集器3內(nèi)部包括潮汐葉輪、電動變槳控制器二23、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二24及流速流向儀組成；風(fēng)動葉輪與變量泵一19同軸剛性連接，變量泵一19設(shè)置有自己的變排量機(jī)構(gòu)一2；潮汐葉輪與變量泵二4同軸剛性連接，變量泵二4設(shè)置有自己的變排量機(jī)構(gòu)二6；變量泵二4進(jìn)口端通過過濾器5與水箱連通，變量泵二4出口端與分流閥8進(jìn)口端連通；

分流閥8主出口端與變量泵一19進(jìn)口端連通；變量泵一19出口端一路通過溢流閥一16與水箱連通，另一路與蓄能器15、壓力表一14、壓力傳感器一13及沖擊式水輪機(jī)10第一進(jìn)口端連通；沖擊式水輪機(jī)10的第一進(jìn)口端設(shè)置有變截面噴嘴一，該變截面噴嘴一設(shè)置有自己的變截面機(jī)構(gòu)一12；

分流閥8的分流口(副出口端)一路通過溢流閥二20與水箱連通，另一路與壓力表二18、壓力傳感器二17及沖擊式水輪機(jī)10第二進(jìn)口端連通，沖擊式水輪機(jī)10的第二進(jìn)口端設(shè)置有變截面噴嘴二，該變截面噴嘴二設(shè)置有自己的變截面機(jī)構(gòu)二9，沖擊式水輪機(jī)10的溢流口另外接回水箱；

沖擊式水輪機(jī)10與永磁同步發(fā)電機(jī)11同軸傳動連接，通過電力電子變流器并網(wǎng)。

變量泵一19和變量泵二4均為變排量液壓泵。

與潮汐能采集器3相連的變量泵二4輸出經(jīng)分流閥8，一部分直接經(jīng)變截面噴嘴二進(jìn)入沖擊式水輪機(jī)10，另一部分向與風(fēng)能采集器1相連接的變量泵一19供油，經(jīng)變截面噴嘴一進(jìn)入沖擊式水輪機(jī)10；

風(fēng)速風(fēng)向儀安裝在風(fēng)能采集器1上，流速流向儀安裝在潮汐能采集器3上；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一22的輸入端接在風(fēng)能采集器1的輸出端，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二24的輸入端接在潮汐能采集器3的輸出端；

轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一22、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二24的輸出端均接入中央控制器25；

中央控制器25另外與分流閥8、變排量機(jī)構(gòu)一2、變排量機(jī)構(gòu)二6、變截面機(jī)構(gòu)一12、變截面機(jī)構(gòu)二9、電動變槳控制器一21、電動變槳控制器二23控制連接。

蓄能器15吸收風(fēng)速瞬變帶來的能量波動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；無需額外供油設(shè)備，利用海水作為液壓介質(zhì)，對環(huán)境影響小。采用兩個變量泵串聯(lián)的形式，中央控制器25通過比較兩臺變量泵輸出流量，控制分流閥8的開度，實現(xiàn)由低壓的變量泵二4向高壓的變量泵一19供液的功能，同時利用兩個變截面噴嘴保持工作壓力恒定。

本發(fā)明方法的基本構(gòu)思是，根據(jù)風(fēng)-潮汐混合發(fā)電機(jī)組的運行特性，采用中央控制器25(計算機(jī))為控制中心，構(gòu)造出潮汐能采集→風(fēng)能采集→液壓能傳遞→電能轉(zhuǎn)換的技術(shù)路線，通過潮汐能→機(jī)械能→液壓能→機(jī)械能→電能、以及風(fēng)能→機(jī)械能→液壓能→機(jī)械能→電能的轉(zhuǎn)換過程，經(jīng)發(fā)電機(jī)輸出并網(wǎng)，實現(xiàn)能量傳遞與轉(zhuǎn)換。

參照圖2，本發(fā)明的風(fēng)-潮汐混合發(fā)電機(jī)組控制方法，包括以下控制方式：

1)電動變槳控制

設(shè)置有永磁直流發(fā)電機(jī)風(fēng)速風(fēng)向儀，利用風(fēng)速風(fēng)向儀輸出的電壓與風(fēng)速成正比關(guān)系，直接將風(fēng)速信號轉(zhuǎn)為電信號；在中央控制器25內(nèi)部預(yù)置的模糊pid算法中設(shè)置額定風(fēng)速時的基準(zhǔn)電壓值，通過風(fēng)速風(fēng)向儀反饋即時風(fēng)速的電壓信號與基準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，決定是否進(jìn)行風(fēng)動葉輪的電動變槳操作。

潮汐葉輪采用同樣的控制方法。

2)分流閥8的開度控制

由于采用兩個變量泵串聯(lián)的布置方式，必須要根據(jù)實際工況控制分流閥8的開度(即主出口與分流口的流量分配)。

參照圖3，將風(fēng)能采集器1上的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器一22和潮汐能采集器3上的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器二24轉(zhuǎn)速信號以及兩個變量泵的排量信號，一起輸入中央控制器25中，運用模糊pid算法進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果控制分流閥8的開度，本發(fā)明的全液壓傳動的風(fēng)-潮汐混合發(fā)電機(jī)組包括以下四種工況：

工況1、風(fēng)速和潮汐流速均在切入速度之下或切出速度之上時，變量泵一19和變量泵二4均不工作，整個混合發(fā)電機(jī)組處于停機(jī)狀況。

工況2、風(fēng)速在切入風(fēng)速之下或切出風(fēng)速之上，而潮汐流速在切入速度和切出速度之間時，只有變量泵二4工作，分流閥開度x＝0。

工況3、風(fēng)速和潮汐流速均在切入速度和切出速度之間，且變量泵二4流量qt大于變量泵一19的qw時，變量泵一19和變量泵二4均正常工作，分流閥開度x＝(qw/qt)*100％。

工況4、風(fēng)速和潮汐流速均在切入速度和切出速度之間，但變量泵二4流量qt小于變量泵一19的qw時，變量泵二4正常工作，變量泵一19排量vwpump＝qt/ωw，分流閥開度x＝100％。

3)最佳功率追蹤控制

參照圖4，利用轉(zhuǎn)矩平衡的方法調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)變量泵排量，使變量泵產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩為當(dāng)前風(fēng)速條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，

對于風(fēng)能采集器1，低于額定風(fēng)速時，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速反饋及中央控制器25控制調(diào)整變量泵一19的排量，使變量泵一19負(fù)載轉(zhuǎn)矩處于當(dāng)前風(fēng)速條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)組運行于最佳葉尖速比，獲取最大風(fēng)能利用系數(shù)進(jìn)而最大限度跟蹤最佳功率；高于額定風(fēng)速時，采用電動變槳控制器進(jìn)行變速控制，穩(wěn)定輸出功率，提高效率及發(fā)電電能質(zhì)量；

對于潮汐能采集器3，采用同樣的最佳功率追蹤控制策略。

4)液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)控制

參照圖5，采用兩個變截面噴嘴與液壓管道相連，經(jīng)變量泵二4加壓后的海水經(jīng)變截面噴嘴二進(jìn)入沖擊式水輪機(jī)10發(fā)電。以兩個變量泵的輸出流量為輸入，中央控制器25運用模糊pid算法進(jìn)行處理，控制分流閥8，兩個變截面噴嘴的噴嘴截面積由分流閥8控制的油缸活塞位移決定，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)處于恒壓工作狀態(tài)。