PDF《海流发电液压传动系统设计及仿真验证》

V0 为一个腔室的总 容积, 包括马达的一个工作腔、 一根连接管道及与其 相连的非工作容积;

β e 为有效体积弹性模量. 从式(

6 ) 中可以看出, 方案1采用调节变量液压 马达8 - 1的排量可以控制系统工作压力p 的大小, 使系统工作压力p 保持稳定.方案2采用定量液 压马达8 - 2, 系统工作压力p 不受控制, 由蓄能器对 ―

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1 ― ・绿色电力自动化・ 石茂顺, 等 海流发电液压传动系统设计及仿真验证 系统工作压力p 削峰填谷 ( 见式(

5 ) ) . 由式(

4 ) 至式(

6 ) 可得液压系统流量连续方程: qp+ q a+ q c p= qm (

7 ) 2.

3 负载模型 液压系统输出端转矩平衡方程为: Dm p-Dc p p-TL=Jg d ωg d t (

8 ) 式中: Jg 为折算到发电机转轴上的等效转动惯量;

TL 为任意外负载转矩. 由式(

8 ) 可知, 在一定的系统工作压力下, 对于 任意外负载TL, 均可通过改变变量液压泵7的排量 Dc p来调节发电机转速ωg, 实现发电机恒频输出控制.

3 系统仿真及结果分析 为验证本文提出的能量传动方式及控制方法, 搭建了海流发电机组仿真模型, 对机组能量捕获特 性及液压传动系统传动特性进行仿真研究.海流发 电机组基本运行参数为: 额定功率4kW, 叶轮半径

1 . 3m, 额定流速1 .

5 4 m / s , 最优叶尖速比8, 最优 功率系数0 . 4. 3.

1 联合仿真模型 根据前面所述的系统数学模型, 在MAT L A B / S i m u l i n k和Am e s i m 工作环境下分别搭建由叶轮、 控制器和液压传动系统等模块组成的海流发电机组 模型[

1 2 -

1 3] , 图3所示为搭建好的海流发电液压传动 机组仿真模型( 方案1与方案2采用相同的模型搭 建方法) . 从图3中可以看出, Am e s i m 仿真模型主要为 液压传动系统模块;

MAT L A B / S i m u l i n k仿真模型 主要包括流速、 叶轮、 发电机、 负载和控制器等模块. Am e s i m 仿真模型和MAT L A B / S i m u l i n k 仿真模型之间通过h y d r a u l i c模块进行通信, 在两个模型之 间传递控制信号、 转速和转矩信号.控制器模块的 3个输出分别对应最大功率跟踪控制、 恒频控制和 恒压控制, 由于海水流速信号可以准确地获得, 所以 在海流发电机组的最大功率跟踪控制策略上采用了 基于海水流速测量的最优转速跟踪控制. 作为系统输入的海水流速, 海流相比波浪具有 较强的可预测性且能量变化缓慢, 综合考虑一些可 以引起海流速度波动的因素, 同时忽略风的影响, 海 水流速v 可以用如下模型表示[ 5] : v( y) =1 .

1 0 41- y h ? è ? ? ? ÷

1 7 um a x

0 . 5≤ y h ≤1 v= um a x y h ≤0 .

5 ì ? í ? ? ? ? (

9 ) 式中: y 为该点距海平面的距离;

h 为海水的深度;

um a x为最大海水流速. 图3 海流发电液压传动机组仿真模型( 方案1 ) F i g .

3 S i m u l a t i o nm o d e l so fh y d r a u l i c t r a n s m i s s i o n s y s t e m s f o r t i d a l c u r r e n t t u r b i n e s( s c h e m eo n e ) 仿真时所采用的海水流速曲线如图4所示. 图4 海水流速曲线 F i g .

4 C u r v eo f t i d a l c u r r e n t v e l o c i t y 3.

2 仿真工作曲线分析 下面通过仿真结果来分析海流发电液压传动机 组的工作特性及其控制方法可行性, 仿真时间t 设为5 0s .仿真时, 在2 0,

3 0,

4 0s这3个时间点, 分别 有一次增大电气负载的动作, 用于测试发电机恒频 控制与系统压力控制.图5所示为方案1仿真结果 曲线. ―