CN102182641A - 一种风浪互补发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种风浪互补发电系统，该系统由风能捕能装置及与其相连输出液压能的第一液压泵、波浪能捕能装置及与其相连的液压缸、发电机、液压马达和第一蓄能器组成；所述液压马达的输入口分别连接第一单向阀和第二单向阀，第一蓄能器通过第一节流阀与液压马达的输入口相连接；第一液压泵与第一单向阀之间还设有第一压力匹配装置，液压缸与第二单向阀之间还设有第二压力匹配装置。两套捕能装置输入的两路液压油液合流为一路输出时，两套压力匹配装置可以使得两路液压合流输入的压力等级相匹配，或者，在两路合流输入的压力等级不匹配时也不会发生由于一路输入阻碍另一路输入导致其中一套捕能装置停止运行的情况。

Description

一种风浪互补发电系统
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种风浪互补发电系统。
背景技术
地球表面有三分之二以上的面积是被海洋所覆盖，海洋中蕴藏着丰富的可再生能源，广义的海洋能源包括海上风能、海流能、波浪能和太阳能等。为了合理保护自然资源，以缓解能源供需矛盾，采取多种能源互相补充的方式，多种能源并重，即多能互补，还是相当重要的。
在开发海洋能源的过程中，可以同时开发利用两种或者两种以上的海洋能源，实现多种能源相互补充，提高海洋能源的利用率。
苏格兰的绿色海洋能源公司开发了一种波浪能发电机Wave Treader，该波浪能发电机Wave Treader可以被安装在风力发电机的基座上，实现了波浪能发电机Wave Treader和风力发电机在同一地点分别捕获和利用两种不同形式的海洋能源(即波浪能和海上风能)。波浪能发电机Wave Treader通过液压缸捕获波浪能并将其转化为液压能，以液压传动的方式将能量传递到发电端输出电能；同时风力发电机捕获海上风能并将其转化为机械能，以机械传动的方式将能量传递到发电端输出电能。由于波浪能发电机Wave Treader和风力发电机分别采用液压传动和机械传动的方式传递能量到发电端，所以波浪能发电机Wave Treader和风力发电机分别需要在发电端配置一台发电机(即共需要两台发电机)供其发电。
公开号为CN 101871416的发明专利公开了一种海洋流体动能综合发电系统，该系统可以捕获海流能和波浪能，并以液压传动的方式将能量传递到发电端。由于系统中的海流能捕能装置捕获海流能后将其转化为液压能，系统中的波浪能捕能装置捕获波浪能后也将其转化为液压能，两套捕能装置输出的两路液压油合流为一路(即液压合流)输出给发电端，所以该系统的发电端只需要配备一台发电机用于发电。该系统在液压合流时，由于两路液压合流输入的压力等级有时会不相同(即压力等级不匹配)，会造成一路液压合流输入阻碍另一路液压合流输入，以至于系统的两套捕能装置中会有一套捕能装置停止运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风浪互补发电系统，该系统的风能捕能装置和波浪能捕能装置输出的两路液压油液合流为一路输出时，如果两路液压合流输入的压力等级相同(即压力等级匹配)，液压合流顺利进行；如果两路液压合流输入的压力等级不相同(即压力等级不匹配)，只有压力等级较高的那一路液压合流输入继续流入，另一路液压合流输入不予合流，而是流入蓄能器予以储能，从而不会发生由于一路液压合流输入阻碍另一路液压合流输入导致其中一套捕能装置停止运行的情况。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种风浪互补发电系统，由将风能转化为机械能的风能捕能装置及与风能捕能装置相连输出液压能的第一液压泵、将波浪能转化为机械能的波浪能捕能装置及与波浪能捕能装置相连的第一液压缸、发电机、与发电机相连的液压马达和第一蓄能器组成；所述液压马达的输入口分别连接第一单向阀的输出口和第二单向阀的输出口，第一蓄能器通过第一节流阀与液压马达的输入口相连接；所述第一液压泵的输出口连接第一单向阀的输入口，所述第一液压缸的无杆腔连接第二单向阀的输入口；所述第一液压缸的有杆腔与第三单向阀的输出口相连接，第三单向阀的输入口和第一液压泵的输入口分别连接在液压马达的输出口上，第一液压缸的有杆腔和无杆腔之间设有第四单向阀，第四单向阀的输入口与第一液压缸的有杆腔相连接。
所述风浪互补发电系统的第一液压泵与第一单向阀之间还设有第一压力匹配装置，第一液压泵的输出口通过第五单向阀与第一压力匹配装置相连接；所述第一液压缸与第二单向阀之间还设有第二压力匹配装置，第一液压缸的有杆腔通过第六单向阀与第二压力匹配装置相连接。
所述第一压力匹配装置由第二蓄能器、第二节流阀和第一电液比例换向阀依次连接组成，所述第五单向阀的输出口连接在第二节流阀与第一电液比例换向阀的P口相连接的管路上，所述第一压力传感器设在第五单向阀与第一电液比例换向阀相连接的管路上；所述第一电液比例换向阀的A口与第一单向阀的输入口相连接，第一电液比例换向阀的T口处于不导通状态。
所述第二压力匹配装置由第三蓄能器、第三节流阀和第二电液比例换向阀依次连接组成，所述第六单向阀的输出口连接在第三节流阀与第二电液比例换向阀的P口相连接的管路上，所述第二压力传感器设在第六单向阀与第二电液比例换向阀相连接的管路上；所述第二电液比例换向阀的A口与第二单向阀的输入口相连接，第二电液比例换向阀的T口处于不导通状态。
所述风浪互补发电系统的波浪能捕能装置还与第二液压缸相连，所述第二液压缸的无杆腔与第七单向阀的输入口相连接，第七单向阀的输出口连接第六单向阀的输出口；第二液压缸的有杆腔和无杆腔之间设有第八单向阀，第八单向阀的输入口与第二液压缸的有杆腔相连接；所述第二液压缸的有杆腔与第九单向阀的输出口相连接，所述第九单向阀的输入口连接第三单向阀的输入口。
所述风浪互补发电系统的还包括控制第一电液比例换向阀和第二电液比例换向阀83的控制器；所述第一压力传感器输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第一电液比例换向阀的导通状态；所述第二压力传感器也输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第二电液比例换向阀的导通状态。
进一步的，所述液压马达的输出口连接一补油装置，所述补油装置由连接电机的第二液压泵、给第二液压泵供油的油箱及第十溢流阀组成，第二液压泵的输出口连接液压马达的输出口，在第二液压泵与油箱之间连接有滤油器。
进一步的，在所述液压马达与第一单向阀相连接的管路上连接有第一溢流阀，在所述第五单向阀与第一电液比例换向阀相连接的管路上连接有第二溢流阀，在所述第六单向阀与第二电液比例换向阀相连接的管路上连接有第三溢流阀，第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀均与油箱相连接。
进一步的，所述第一液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第四溢流阀和第五溢流阀与油箱相通，所述第二液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第六溢流阀和第七溢流阀与油箱相通。
采用本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所述的风浪互补发电系统使用了两套压力匹配装置，两套捕能装置工作在控制器设定的同一压力等级时(即两套捕能装置输出液压压力等级匹配)，控制器通过控制第一和第二电液比例换向阀的导通，实现了一路液压输入的压力等级与另一路液压输入的压力等级相同。
2、本发明所述的风浪互补发电系统，当其中一套捕能装置输出的压力等级低于另一套捕能装置的压力等级时(即两套捕能装置输出压力等级不匹配)，与工作在较低的压力等级的捕能装置相应的电液比例换向阀处于不导通状态，但并不会导致该捕能装置停止运行，而是会继续捕获能量并将能量储存在相应的压力匹配装置的蓄能器中，既实现了提高能量捕获利用率，又避免了一套捕能装置阻停另一套捕能装置的现象发生。
3、本发明所述的风浪互补发电系统中的两套捕能装置采用液压传动、两路液压油输入合流为一路输出将捕获的能量传递到发电端用于发电的方式，而非两套捕能装置分别通过各自的传动装置将捕获的能量传递到各自的发电端用于发电，然后将发出的电再进行电流合流的方式；采用液压合流的方式相比采用电流合流的方式可以减少由于能量多环节传递而带来的能量沿程传递损失。
4、本发明所述的风浪互补发电系统采用液压合流的传动方式，系统中的第一、第二和第三蓄能器可以根据液压传动系统的压力变化，相应地吸收和释放油液，进而可以对不稳定的捕能装置输入功率起到“削峰填谷”的作用，实现液压马达流量的稳定，最终实现发电端输出功率的稳定。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明一种风浪互补发电系统实施例的工作原理图。
具体实施方式
参照附图1。一种风浪互补发电系统，由将风能转化为机械能的风能捕能装置、将波浪能转化为机械能的波浪能捕能装置、发电机30、与发电机相连的液压马达31和第一蓄能器41组成。所述液压马达31的输入口分别连接第一单向阀51的输出口和第二单向阀52的输出口，第一蓄能器41通过第一节流阀61与液压马达31的输入口相连接。
所述第一单向阀51的输入口通过第一压力匹配装置70和与风能捕能装置相连的输出液压能的第一液压泵11的输出口相连接。所述第一压力匹配装置70由第二蓄能器71、第二节流阀74、第一压力传感器72和第一电液比例换向阀73依次连接组成，所述第一电液比例换向阀73的A口与第一单向阀51的输入口相连接，第一电液比例换向阀73的T口处于不导通状态；在第一压力匹配装置70与第一液压泵11相连接的管路上还设有第五单向阀55，所述第五单向阀55的输出口连接在第二节流阀74与第一电液比例换向阀73的P口相连接的管路上。
所述第二单向阀52的输入口通过第二压力匹配装置80分别和第一液压缸21的无杆腔及第二液压缸22的无杆腔相连接，第一液压缸21和第二液压缸22均与波浪能捕能装置相连接。所述第二压力匹配装置80由第三蓄能器81、第三节流阀84、第二压力传感器82和第二电液比例换向阀83依次连接组成，所述第二电液比例换向阀83的A口与第二单向阀52的输入口相连接，第二电液比例换向阀83的T口处于不导通状态；在第二压力匹配装置80与第一液压缸21相连接的管路上还设有第六单向阀56，在第二压力匹配装置80与第二液压缸22相连接的管路上还设有第七单向阀57，所述第六单向阀56的输出口和所述第七单向阀57的输出口分别连接在第三节流阀84与第二电液比例换向阀83的P口相连接的管路上。
所述第一液压缸21的有杆腔与第三单向阀53的输出口相连接，第三单向阀53的输入口和第一液压泵11的输入口分别连接在液压马达31的输出口上，第一液压缸21的有杆腔和无杆腔之间设有第四单向阀54，第四单向阀54的输入口与第一液压缸的有杆腔相连接。
所述第二液压缸22的有杆腔与第九单向阀59的输出口相连接，第九单向阀59的输入口连接第三单向阀53的输入口，第二液压缸22的有杆腔和无杆腔之间设有第八单向阀58，第八单向阀58的输入口与第二液压缸22的有杆腔相连接。
所述液压马达31的输出口连接一补油装置，所述补油装置由连接电机95的第二液压泵91、给第二液压泵91供油的油箱92及第十溢流阀93组成，第二液压泵91的输出口连接液压马达31的输出口，在第二液压泵91与油箱之间连接有滤油器94。本发明所述的风浪互补发电系统的液压油路构成一个闭环的系统，当风浪互补发电系统泄漏液压油液到一定程度时，需要给系统补充油液，此时，补油装置开始工作，第二液压泵91输出油液补给到系统中。
在所述液压马达31与第一单向阀51相连接的管路上连接有第一溢流阀101，在所述第五单向阀55与第一电液比例换向阀73相连接的管路上连接有第二溢流阀102，在所述第六单向阀56与第二电液比例换向阀83相连接的管路上连接有第三溢流阀103，第一溢流阀101、第二溢流阀102和第三溢流阀103均与油箱92相连接。所述第一液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第四溢流阀104和第五溢流阀105与油箱相通，所述第二液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第六溢流阀106和第七溢流阀107与油箱相通。
所述风浪互补发电系统的还包括控制第一电液比例换向阀73和第二电液比例换向阀83的控制器。所述第一压力传感器72输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第一电液比例换向阀73的导通状态；所述第二压力传感器82也输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第二电液比例换向阀83的导通状态。
本发明所述的风浪互补发电系统的工作原理为：
风能捕能装置(即叶轮)在风的吹动下转动，捕获风能，第一液压泵11同时在风能捕能装置的带动下转动并输出液压能。波浪能捕能装置(可以为浮力摆等结构)随着海浪的波动做往复运动，循环推动第一液压缸21和第二液压缸22输出液压能。第一液压泵11输出的液压能、第一液压缸21和第二液压缸22输出的液压能分别通过第一压力匹配装置和第二压力匹配装置输出，并通过第一单向阀51和第二单向阀52合并为一路输出。
预先在控制器中设定3个级别至10个级别的压力等级，控制器在接收第一压力传感器72和第二压力传感器82采集的压力等级信息之后，通过比较压力传感器采集的压力等级信息与预先设定的压力等级，分别确定风能捕能装置和波浪能捕能装置工作在哪一级压力等级。如果一套捕能装置工作的压力等级级别低于另一套捕能装置，控制器发出控制信号，控制与压力等级级别较低的捕能装置相应的电液比例换向阀处于不导通状态，同时控制与压力等级级别较高的捕能装置相应的电液比例换向阀处于导通状态。如果两套捕能装置工作的压力等级级别相同，控制器发出控制信号，控制第一电液比例换向阀73和第二电液比例换向阀83均处于导通状态。
第一单向阀51和第二单向阀52输出的油液合并为一路输出给液压马达31，液压马达31在油液的带动下转动，液压马达31带动发电机30转动完成发电过程。
在风浪互补发电系统工作过程中，如果第一电液比例换向阀73和第二电液比例换向阀83均处于导通状态，第二蓄能器71和第三蓄能器均工作在稳压储能状态；如果第一电液比例换向阀73和第二电液比例换向阀83其中一个电液比例换向阀处于不导通状态，与处于不导通状态的电液比例换向阀相对应的蓄能器工作在储能状态，与另一个电液比例换向阀相对应的蓄能器工作在稳压储能状态；第一蓄能器41始终工作在稳压储能状态。

Claims (4)

1.一种风浪互补发电系统，由将风能转化为机械能的风能捕能装置及与风能捕能装置相连输出液压能的第一液压泵(11)、将波浪能转化为机械能的波浪能捕能装置及与波浪能捕能装置相连的第一液压缸(21)、发电机(30)、与发电机相连的液压马达(31)和第一蓄能器(41)组成；所述液压马达(31)的输入口分别连接第一单向阀(51)的输出口和第二单向阀(52)的输出口，第一蓄能器(41)通过第一节流阀(61)与液压马达(31)的输入口相连接；所述第一液压泵(11)的输出口连接第一单向阀(51)的输入口，所述第一液压缸(21)的无杆腔连接第二单向阀(52)的输入口；所述第一液压缸(21)的有杆腔与第三单向阀(53)的输出口相连接，第三单向阀(53)的输入口和第一液压泵(11)的输入口分别连接在液压马达(31)的输出口上，第一液压缸(21)的有杆腔和无杆腔之间设有第四单向阀(54)，第四单向阀(54)的输入口与第一液压缸(21)的有杆腔相连接；
其特征在于：所述风浪互补发电系统的第一液压泵(11)与第一单向阀(51)之间还设有第一压力匹配装置(70)，第一液压泵(11)的输出口通过第五单向阀(55)与第一压力匹配装置(70)相连接；所述第一液压缸(21)与第二单向阀(52)之间还设有第二压力匹配装置(80)，第一液压缸(21)的有杆腔通过第六单向阀(56)与第二压力匹配装置(80)相连接；
所述第一压力匹配装置(70)由第二蓄能器(71)、第二节流阀(74)和第一电液比例换向阀(73)依次连接组成，所述第五单向阀(55)的输出口连接在第二节流阀(74)与第一电液比例换向阀(73)的P口相连接的管路上，所述第一压力传感器(72)设在第五单向阀(55)与第一电液比例换向阀(73)相连接的管路上；所述第一电液比例换向阀(73)的A口与第一单向阀(51)的输入口相连接，第一电液比例换向阀(73)的T口处于不导通状态；
所述第二压力匹配装置(80)由第三蓄能器(81)、第三节流阀(84)和第二电液比例换向阀(83)依次连接组成，所述第六单向阀(56)的输出口连接在第三节流阀(84)与第二电液比例换向阀(83)的P口相连接的管路上，所述第二压力传感器(82)设在第六单向阀(56)与第二电液比例换向阀(83)相连接的管路上；所述第二电液比例换向阀(83)的A口与第二单向阀(52)的输入口相连接，第二电液比例换向阀(83)的T口处于不导通状态；
所述风浪互补发电系统的波浪能捕能装置还与第二液压缸(22)相连，所述第二液压缸(22)的无杆腔与第七单向阀(57)的输入口相连接，第七单向阀(57)的输出口连接第六单向阀(56)的输出口；第二液压缸(22)的有杆腔和无杆腔之间设有第八单向阀(58)，第八单向阀(58)的输入口与第二液压缸(22)的有杆腔相连接；所述第二液压缸(22)的有杆腔与第九单向阀(59)的输出口相连接，所述第九单向阀(59)的输入口连接第三单向阀(53)的输入口；
所述风浪互补发电系统的还包括控制第一电液比例换向阀(73)和第二电液比例换向阀83的控制器；所述第一压力传感器(72)输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第一电液比例换向阀(73)的导通状态；所述第二压力传感器(82)也输出信号给控制器，控制器输出控制信号控制第二电液比例换向阀(83)的导通状态。
2.按照权利要求1所述的风浪互补发电系统，其特征在于：所述液压马达(31)的输出口连接一补油装置，所述补油装置由连接电机(95)的第二液压泵(91)、给第二液压泵(91)供油的油箱(92)及第十溢流阀(93)组成，第二液压泵(91)的输出口连接液压马达(31)的输出口，在第二液压泵(91)与油箱(92)之间连接有滤油器(94)。
3.按照权利要求1或2所述的风浪互补发电系统，其特征在于：在所述液压马达(31)与第一单向阀(51)相连接的管路上连接有第一溢流阀(101)，在所述第五单向阀(55)与第一电液比例换向阀(73)相连接的管路上连接有第二溢流阀(102)，在所述第六单向阀(56)与第二电液比例换向阀(83)相连接的管路上连接有第三溢流阀(103)，第一溢流阀(101)、第二溢流阀(102)和第三溢流阀(103)均与油箱(92)相连接。
4.按照权利要求2所述的风浪互补发电系统，其特征在于：所述第一液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第四溢流阀(104)和第五溢流阀(105)与油箱(92)相通，所述第二液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过第六溢流阀(106)和第七溢流阀(107)与油箱(92)相通。
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