CN103925148B - 一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，包括换向回路、增压回路、保护回路和稳压调速回路构成的液压转换装置和控制系统，在所述的系统中主要由双杆活塞液压缸、单杆活塞液压缸、二位三通伺服阀、蓄能器、调速阀、溢流阀、单向阀、补油箱以及液压马达组成。波浪起伏的能量通过波能俘获系统带动双杆活塞液压缸往复运动，蓄能器吸收管道内压力脉冲并将能量以压缩气体方式存储起来，调速控制系统可根据负载变化有差调节调速阀节流口大小，保证转速在允许控制范围内，从而带动液压马达转速维持不变，发出频率恒定的电能。本发明体积小，可靠性高，连续性好，多体组网运行可实现在负载变化的情况下保证电能质量的要求。

Description

一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统

技术领域

本发明属于海洋能利用技术领域，涉及一种波浪能发电能量转换装置液压传动系统，尤其涉及一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统。

背景技术

海洋能作为一种清洁的可再生能源，储量巨大而且源源不竭。由于海底铺设电缆距离长、可靠性差、成本高，因此很难将电能输送到离岸海岛。海洋能发电技术可以就近满足海岛上军事设施、居民用电以及船舶导航等用电需求。液压传动技术应用于波能发电中，可以将不稳定的波浪能量转换成稳定的机械能带动发电机发电，其价格便宜、结构紧凑、可靠性高。

目前绝大部分的海洋能发电系统都采用液压传动的方式。在上述的液压传动装置中虽然采用了蓄能器将液压系统中的压力进行调整，进而保证液压马达转速恒定在设计工况附近，但是不可避免地当发电机接入可变负载以后，随着负载的变化，液压马达转速会受较大影响从而影响电能品质。作为海岛电源，负载的剧烈变化是其特征之一，在此种情况下，液压装置如能随着负载的变化进行电能品质的自调节，保证频率电压基本不变，将非常有利于波能发电系统组网发电运行。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种能随着负载的变化进行电能品质的自调节、保证频率电压基本不变的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统。

本发明所采用的技术方案是：一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，与波能吸收装置连接，其特征在于：包括双杆活塞液压缸、第一单杆活塞液压缸、第二单杆活塞液压缸、第三单杆活塞液压缸、第四单杆活塞液压缸、第一二位三通伺服阀、第二二位三通伺服阀、第一三通头、第二三通头、第三三通头、第四三通头、第五三通头、第六三通头、第七三通头、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、蓄能器、减压阀、调速阀、液压马达、发电机、转速传感器、PID控制器、第一四通、第二四通和补油箱；所述的双杆活塞液压缸与波能吸收装置连接；所述的双杆活塞液压缸的两个有杆腔分别一一与第一单杆活塞液压缸、第二单杆活塞液压缸、第三单杆活塞液压缸、第四单杆活塞液压缸组成的同步缸有杆腔通过连接板刚性连接；第一单杆活塞液压缸无杆腔与第一二位三通伺服阀入口连接，第一二位三通伺服阀的一路出口与第二二位三通伺服阀连接，另一路出口通过第一三通头和第二单杆活塞液压缸出口相连，第一单杆活塞液压缸有杆腔与第三单杆活塞液压缸连接；第二单杆活塞液压缸无杆腔与第二二位三通伺服阀入口连接，第二二位三通伺服阀的一路出口与第一二位三通伺服阀连接，另一路出口通过第二三通头和第四单杆活塞液压缸出口相连，第二单杆活塞液压缸有杆腔与第四单杆活塞液压缸连接；所述的第一单向阀一端与所述的第三三通头连接、另一端与所述的第一四通、蓄能器、减压阀、调速阀、液压马达、第二四通、第七三通头、第四单向阀顺序相连后接入第五三通头，构成一支液压压力回路；所述的第五三通头一端与所述的第二三通头连接、另一端与所述的第二单向阀、第四三通头、第一四通、蓄能器、减压阀、调速阀、液压马达、第二四通、第三单向阀顺序相连后接入第三三通头，构成另一支液压压力回路；所述的第一四通通过所述的第六单向阀与所述的补油箱相连，所述的第二四通通过所述的第五单向阀与所述的补油箱相连，用于给所述的液压传动系统补油和提供压力；所述的液压马达与所述的发电机连接，用于驱动所述的发电机旋转，所述的发电机可带任何形式负载；所述的转速传感器一端与所述的发电机连接、另一端通过所述的PID控制器与所述的调速阀连接，将所述的发电机的转速信号所述的通过PID控制器调节控制所述的调速阀节流口开口大小，从而进行有差调节。

作为优选，所述双杆活塞液压缸带动的第一单杆活塞液压缸、第二单杆活塞液压缸、第三单杆活塞液压缸和第四单杆活塞液压缸，其增压系数为：2.35。

作为优选，所述在第一单向阀和第二单向阀采用“背靠背”方式设置，所述的第三单向阀和第四单向阀采用“面对面”方式设置。

作为优选，所述的液压传动系统还包括溢流阀，所述的溢流阀设置在所述的第四三通头和第七三通头之间，用于对过载进行保护，起到液压传动系统安全保护作用。

作为优选，所述的液压传动系统还包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，所述的第一压力传感器设置在所述的第一四通和第六三通头之间，所述的第二压力传感器设置在所述的第六三通头和蓄能器之间，所述的第三压力传感器设置在所述的第六三通头和减压阀之间，所述的第四压力传感器设置在所述的调速阀和液压马达之间。

作为优选，所述的液压传动系统还包括第一耐震压力表、第二耐震压力表和第三耐震压力表，所述的第一耐震压力表设置在所述的第三三通头和第三单向阀之间，所述的第二耐震压力表设置在所述的第五三通头和第四单向阀之间，所述的第三耐震压力表设置在所述的液压马达和第二四通之间。

作为优选，所述的调速阀采用的是比例调速阀。

相对于现有技术，本发明的所具有的突出有益效果是：

1.可以根据波浪能量的大小，随时改变运行方式，以便在保护装置安全稳定可靠的情况下，充分利用波浪能量；

2.根据负载的变化，可以随时调节出力大小，并且能够较好的保证发出的电能的质量，而且工作连续稳定，可以实现海岛大规模连网发电；

3.装置整体结构小，由于采用同步缸增压设计，效率高，采用控制系统使得装置的安全、稳定、以及可控性有了很大的提高。

附图说明

图1：为本发明实施例的结构原理图。

图2：为本发明实施例的PID控制器控制方式原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，与波能吸收装置连接，包括双杆活塞液压缸1、第一单杆活塞液压缸2、第二单杆活塞液压缸3、第三单杆活塞液压缸4、第四单杆活塞液压缸5、第一二位三通伺服阀6、第二二位三通伺服阀7、第一三通头8、第二三通头9、第三三通头10、第四三通头13、第五三通头15、第六三通头17、第七三通头26、第一单向阀11、第二单向阀14、第三单向阀25、第四单向阀27、溢流阀28、第五单向阀29、第六单向阀30、蓄能器16、减压阀18、比例调速阀19、液压马达20、发电机21、转速传感器22、PID控制器23、第一四通12、第二四通24、补油箱31、第一压力传感器101、第二压力传感器102、第三压力传感器103、第四压力传感器104、第一耐震压力表201、第二耐震压力表202和第三耐震压力表203；双杆活塞液压缸1与波能吸收装置连接；双杆活塞液压缸1的两个有杆腔分别一一与第一单杆活塞液压缸2、第二单杆活塞液压缸3、第三单杆活塞液压缸4、第四单杆活塞液压缸5组成的同步缸有杆腔通过连接板刚性连接；第一单杆活塞液压缸2无杆腔与第一二位三通伺服阀6入口连接，第一二位三通伺服阀6的一路出口与第二二位三通伺服阀7连接，另一路出口通过第一三通头8和第二单杆活塞液压缸3出口相连，第一单杆活塞液压缸2有杆腔与第三单杆活塞液压缸4连接；第二单杆活塞液压缸3无杆腔与第二二位三通伺服阀7入口连接，第二二位三通伺服阀7的一路出口与第一二位三通伺服阀6连接，另一路出口通过第二三通头9和第四单杆活塞液压缸5出口相连，第二单杆活塞液压缸3有杆腔与第四单杆活塞液压缸5连接；溢流阀28设置在第四三通头13和第七三通头26之间，用于对过载进行保护，起到液压传动系统安全保护作用；第一压力传感器101设置在第一四通12和第六三通头17之间，第二压力传感器102设置在第六三通头17和蓄能器16之间，第三压力传感器103设置在第六三通头17和减压阀18之间，第四压力传感器104设置在调速阀19和液压马达20之间；第一耐震压力表201设置在第三三通头10和第三单向阀25之间，第二耐震压力表202设置在第五三通头15和第四单向阀27之间，第三耐震压力表203设置在液压马达20和第二四通24之间；第一单向阀11一端与第三三通头10连接、另一端与第一四通12、蓄能器16、减压阀18、调速阀19、液压马达20、第二四通24、第七三通头26、第四单向阀27顺序相连后接入第五三通头15，构成一支液压压力回路；第五三通头15一端与第二三通头9连接、另一端与第二单向阀14、第四三通头13、第一四通12、蓄能器16、减压阀18、调速阀19、液压马达20、第二四通24、第三单向阀25顺序相连后接入第三三通头10，构成另一支液压压力回路；其中第一单向阀11和第二单向阀14采用“背靠背”方式设置，第三单向阀25和第四单向阀27采用“面对面”方式设置；第一四通12通过第六单向阀30与补油箱31相连，第二四通24通过第五单向阀29与补油箱31相连，用于给液压传动系统补油和提供压力；液压马达20与发电机21连接，用于驱动发电机21旋转，发电机21可带任何形式负载；转速传感器22一端与发电机21连接、另一端通过PID控制器23与调速阀19连接，将发电机21的转速信号通过PID控制器23调节控制调速阀19节流口开口大小，从而进行有差调节。

本实施例中，所述双杆活塞液压缸1带动的第一单杆活塞液压缸2、第二单杆活塞液压缸3、第三单杆活塞液压缸4和第四单杆活塞液压缸5，其增压系数为：2.35。

请见图2，本实施例的PID控制器23采用前馈式并联PID控制方式，C(S)为设定频率值，一般为50HZ，X(S)为反馈的频率值，Cy(S)为比例调速阀的给定开度，Y(S)为控制开度。Bp为永态转差系数，其范围小于等于8%。P为比例系数Kp，I为积分系数Ki，D为微分系数Kd，前馈值可根据实际情况具体设置。

本发明的实际工作过程为：

在波能吸收装置将波浪的能量吸收后，通过带动双杆活塞液压缸1往复运动，进而带动第一单杆活塞液压缸2、第二单杆活塞液压缸3、第三单杆活塞液压缸4和第四单杆活塞液压缸5往复运动，在波能密度较大时为了限制液压传动系统的液压马达20达到飞逸转速，保障装置的安全稳定性，同侧油缸无杆腔通过二位三通电磁阀相连，当其通电时，可以停止同组油缸的出力，由四缸运行变为双缸运行。同理，当波能密度较小时，可以采用四缸运行，充分利用波浪能发电。

当双杆活塞液压缸1向如图1中所示方向运动时，在二位三通电磁阀未通电的情况下，液压油流经第一单向阀11，从第四单向阀27流出至第三单杆活塞液压缸4和第四单杆活塞液压缸5的无杆腔。同理，当双杆活塞液压缸1向图中所示相反方向运动时，液压油将通过第二单向阀14流经主工作支路，从第三单向阀25流出至第一单杆活塞液压缸2和第二单杆活塞液压缸3无杆腔。

蓄能器16吸收管路内的压力脉冲并储存能量，蓄能器16支管段串有可调式节流口，用以调节液压阻尼，从而可以调节蓄能器16吸收能量后系统的压力稳定时间。

比例调速阀19出口接液压马达20，采用比例调速阀19保证液压马达20进口流量的稳定，当调速阀19节流口大小一旦调整后，液压马达20流量不会发生变化。从而保证了控制系统稳定可调，避免了执行元件频繁的动作。

液压马达20转速信号通过PID控制器23控制比例调速阀19节流口开口大小，从而调节电机阻力矩随负载的变化而变化所导致的转速上升或下降引起的不稳定的过渡过程。

补油箱31出口连接两个单向阀，为液压油通过蓄能器16、减压阀18、比例调速阀19以及液压马达20此条工作支路补油并提供因泄露而引起管路内压降损失。

尽管本文较多地使用了双杆活塞液压缸1、第一单杆活塞液压缸2、第二单杆活塞液压缸3、第三单杆活塞液压缸4、第四单杆活塞液压缸5、第一二位三通伺服阀6、第二二位三通伺服阀7、第一三通头8、第二三通头9、第三三通头10、第四三通头13、第五三通头15、第六三通头17、第七三通头26、第一单向阀11、第二单向阀14、第三单向阀25、第四单向阀27、溢流阀28、第五单向阀29、第六单向阀30、蓄能器16、减压阀18、调速阀19、液压马达20、发电机21、转速传感器22、PID控制器23、第一四通12、第二四通24、补油箱31、第一压力传感器101、第二压力传感器102、第三压力传感器103、第四压力传感器104、第一耐震压力表201、第二耐震压力表202和第三耐震压力表203等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，与波能吸收装置连接，包括第一单向阀（11）、第二单向阀（14）、第三单向阀（25）、第四单向阀（27）、第五单向阀（29）、第六单向阀（30）、蓄能器（16）、液压马达（20）、发电机（21）；其特征在于：还包括双杆活塞液压缸（1）、第一单杆活塞液压缸（2）、第二单杆活塞液压缸（3）、第三单杆活塞液压缸（4）、第四单杆活塞液压缸（5）、第一二位三通伺服阀（6）、第二二位三通伺服阀（7）、第一三通头（8）、第二三通头（9）、第三三通头（10）、第四三通头（13）、第五三通头（15）、第六三通头（17）、第七三通头（26）、减压阀（18）、调速阀（19）、转速传感器（22）、PID控制器（23）、第一四通（12）、第二四通（24）和补油箱（31）；

所述的双杆活塞液压缸（1）与波能吸收装置连接；

所述的双杆活塞液压缸（1）的两个有杆腔分别一一与第一单杆活塞液压缸（2）、第二单杆活塞液压缸（3）、第三单杆活塞液压缸（4）、第四单杆活塞液压缸（5）组成的同步缸有杆腔通过连接板刚性连接；第一单杆活塞液压缸（2）无杆腔与第一二位三通伺服阀（6）入口连接，第一二位三通伺服阀（6）的一路出口与第二二位三通伺服阀（7）连接，另一路出口通过第一三通头（8）和第二单杆活塞液压缸（3）出口相连，第一单杆活塞液压缸（2）有杆腔与第三单杆活塞液压缸（4）连接；第二单杆活塞液压缸（3）无杆腔与第二二位三通伺服阀（7）入口连接，第二二位三通伺服阀（7）的一路出口与第一二位三通伺服阀（6）连接，另一路出口通过第二三通头（9）和第四单杆活塞液压缸（5）出口相连，第二单杆活塞液压缸（3）有杆腔与第四单杆活塞液压缸（5）连接；

所述的第一单向阀（11）一端与所述的第三三通头（10）连接、另一端与所述的第一四通（12）、蓄能器（16）、减压阀（18）、调速阀（19）、液压马达（20）、第二四通（24）、第七三通头（26）、第四单向阀（27）顺序相连后接入第五三通头（15），构成一支液压压力回路；所述的第五三通头（15）一端与所述的第二三通头（9）连接、另一端与所述的第二单向阀（14）、第四三通头（13）、第一四通（12）、蓄能器（16）、减压阀（18）、调速阀（19）、液压马达（20）、第二四通（24）、第三单向阀（25）顺序相连后接入第三三通头（10），构成另一支液压压力回路；

所述的第一四通（12）通过所述的第六单向阀（30）与所述的补油箱（31）相连，所述的第二四通（24）通过所述的第五单向阀（29）与所述的补油箱（31）相连，用于给所述的液压传动系统补油和提供压力；

所述的液压马达（20）与所述的发电机（21）连接，用于驱动所述的发电机（21）旋转，所述的发电机（21）可带任何形式负载；

所述的转速传感器（22）一端与所述的发电机（21）连接、另一端通过所述的PID控制器（23）与所述的调速阀（19）连接，将所述的发电机（21）的转速信号所述的通过PID控制器（23）调节控制所述的调速阀（19）节流口开口大小，从而进行有差调节。

2.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述双杆活塞液压缸（1）带动的第一单杆活塞液压缸（2）、第二单杆活塞液压缸（3）、第三单杆活塞液压缸（4）和第四单杆活塞液压缸（5），其增压系数为：2.35。

3.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述的第一单向阀（11）和第二单向阀（14）采用“背靠背”方式设置，所述的第三单向阀（25）和第四单向阀（27）采用“面对面”方式设置。

4.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述的液压传动系统还包括溢流阀（28），所述的溢流阀（28）设置在所述的第四三通头（13）和第七三通头（26）之间，用于对过载进行保护，起到液压传动系统安全保护作用。

5.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述的液压传动系统还包括第一压力传感器（101）、第二压力传感器（102）、第三压力传感器（103）和第四压力传感器（104），所述的第一压力传感器（101）设置在所述的第一四通（12）和第六三通头（17）之间，所述的第二压力传感器（102）设置在所述的第六三通头（17）和蓄能器（16）之间，所述的第三压力传感器（103）设置在所述的第六三通头（17）和减压阀（18）之间，所述的第四压力传感器（104）设置在所述的调速阀（19）和液压马达（20）之间。

6.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述的液压传动系统还包括第一耐震压力表（201）、第二耐震压力表（202）和第三耐震压力表（203），所述的第一耐震压力表（201）设置在所述的第三三通头（10）和第三单向阀（25）之间，所述的第二耐震压力表（202）设置在所述的第五三通头（15）和第四单向阀（27）之间，所述的第三耐震压力表（203）设置在所述的液压马达（20）和第二四通（24）之间。

7.根据权利要求1所述的用于变负载有差调节波浪能发电液压传动系统，其特征在于：所述的调速阀（19）采用的是比例调速阀。