PDF《海流发电液压传动系统设计及仿真验证》

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5 海流发电液压传动系统设计及仿真验证 石茂顺,刘宏伟,李伟,林勇刚,丁金钟,周宏宾 ( 流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江大学,浙江省杭州市

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2 7 ) 摘要:针对海流发电机组转速控制问题, 采用容积调速方法控制离网型海流发电液压传动机组的 叶轮转速和发电机转速.设计了两种类似的海流发电液压传动系统方案, 均采用泵―马达―发电机 直接连接的结构形式.为验证所设计的液压传动系统方案的有效性, 对其进行数学模型分析, 并建 立系统的 MAT L A B / S i m u l i n k模型进行系统控制特性仿真研究.结果表明, 两种液压传动拓扑结 构在满足最大功率跟踪控制要求的前提下, 均可以在液压传动系统环节同时实现发电机恒频输出 控制. 关键词:海流能;

液压传动;

最大功率跟踪;

恒频控制 收稿日期:

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2 7;

修回日期:

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0 5. 国家高技术研究发展计划(

8 6 3计划) (

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0 1) 资助 项目;

国家自然科学基金重点项目(

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3 0) ;

国家自然科 学基金创新研究群体科学基金资助项目(

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0 4) ;

已申请 国家发明专利( 申请号:

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8 7 .

6 ) .

0 引言 海流能作为一种新能源, 在规律性、 可预测性和 能量密度等方面具有一定优势, 海流能的主要利用 方式是使用海流发电机组捕获海流能并将其转化为 电能输出[

1 -

2 ] .英国 MC T 公司已成功将3

0 0kW 的 Seaflow 和1 .

2 MW 的 S e a g e n 海流发电机组安 装于海水中, 并且 S e a g e n 机组实现了与当地电网 连接[ 3] .上述两个机组均采用机械传动方式, 采用 机械传动的机组存在齿轮箱故障率高和水下维修不 方便等缺点.虽然机械传动的效率可以达到9 0% 以上, 而液压传动的效率相比机械传 动低一些, 在60%~7 5%左右, 考虑到液压传动具有柔性传动的 特点[ 4] , 可以使用液压传动方式取代机械传动方式 应用于海流发电机组.最早是英国爱丁堡大学对采 用液压传动的海流发电机组进行了研究[

5 ] , 该机组 直接并入电网, 使用容积调速的方式控制发电机转 速. 在国内, 对采用液压传动方式的海流发电机组 的研究尚处于独立运行的离网型机组阶段, 如浙江 大学的2 0kW 海流发电液压传动机组[ 4] , 该机组通 过调节变量液压马达的排量来改变叶轮转速, 实现 最大功率捕获, 但没有控制发电机转速.另外, 浙江 大学提出通过调节变量液压泵的排量和使用变流设 备调节负载特性的方法同时实现叶轮转速和发电机 转速控制[

6 ] , 但变流设备的使用使得电气结构复杂 化. 本文借鉴传统液压变压器工作原理[ 7] , 在海流 发电液压传动系统中采用泵―马达―发电机同轴连 接结构, 并通过调节两个变量液压泵的排量实现叶 轮转速和发电机转速控制.本文在理论分析的基础 上, 进行系统仿真模拟研究, 通过分析系统仿真工作 曲线, 验证所设计的海流发电液压传动系统方案的 可行性.

1 海流发电液压传动系统 海流发电液压传动系统工作原理如图1所示, 图中: 1为叶轮, 2和7为变量液压泵, 3为单向阀, 4为蓄能器, 5为截止阀, 6为溢流阀,