基于液压传动的海洋波浪换能系统功率解耦特性研究
２０１４年１２月
第４２卷第２３期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｄｅｃ ２０１４
Ｖｏｌ ４２Ｎｏ ２３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１４ ２３ ０１４
收稿日期：２０１３－１０－１８
基金项目：国家海洋公益性行业科研专项项目（２０１００５０２５－４）；２０１４青岛市科技计划项目（１４－２－４－４２－ｊｃｈ）；山东省科学
院博士基金项目（Ｙ１１－３０４）
作者简介：崔晓（１９８０ ），男，副研究员，主要从事流体传动及控制技术方面的研究三Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｕｉ＿ｘｉａｏ＿ｍａｉｌ＠１６３ ｃｏｍ三
基于液压传动的海洋波浪换能系统功率解耦特性研究
崔晓，程永强
（山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛２６６００１）
摘要：海洋波浪能分布广二储量大二能流密度高，属于清洁可再生的优质能源，但由于波浪能输入功率不稳定且传动系统输入与输出功率的耦合等问题限制了其应用三分析了海洋波浪换能技术的特点和需求，提出一种基于液压传动的换能装置系统传动方案，该方案应用液压变压器的原理通过对变压网络到恒压网络的转换，实现了传动系统输入与输出的功率解耦，同时并联大容量蓄能器吸收系统中的压力和流量脉动，从而得到系统不同工况下的平稳二恒速输出三建立了该传动系统的数学模型并进行了仿真研究，结果表明：该系统可以为实现海洋波浪换能装置恒频二稳压的发电要求提供一种可能三
关键词：波浪换能；功率解耦；液压传动系统
中图分类号：Ｐ７４３ ２；ＴＨ１３７ ３１一一文献标识码：Ａ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１４）２３－０５５－５
ＳｔｕｄｙｏｆＰｏｗｅｒＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｏｗｅｒＴａｋｅ?ｏｆｆ
ＳｙｓｔｅｍｉｎＯｃｅａｎＷａｖｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ
ＣＵＩＸｉａｏ，ＣＨＥＮＧＹｏｎｇｑｉａｎｇ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳＤＡＳ，ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６００１，Ｃｈｉｎａ）
一一Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｋｉｎｄｏｆｏｃｅａｎｅｎｅｒｇｙ，ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ，ａｂｕｎｄａｎｔａｎｄｈｉｇｈｌｙ
ｅｎｅｒｇｙｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｗａｖｅｓｉｓｌｉｍｉｔｅｄｆｏｒｉｔｓｕｎｓｔａｂｌｅｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｗｉｔｈｉｎｐｕｔ?ｏｕｔｐｕｔｐｏｗ?ｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄｎｅｅｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄａｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏ?ｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｖａｒｉａｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｔｏｃｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔ?ｏｕｔｐｕｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｗａｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｂｓｏｒｂｓｙｓｔｅｍｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｌｏｗｐｕｌｓａｔｉｏｎ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ａｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒａｎｄｓｐｅｅｄｏｕｔｐｕｔｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｔａｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｉｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｏｂｔａｉｎａｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄ
ｓｍｏｏｔｈｖｏｌｔａｇｅｏｕｔｐｕｔｆｒｏｍａｏｃｅａｎｗａｖｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｃｅａｎｗａｖｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；Ｐｏｗｅｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆｓｙｓｔｅｍ
０一前言
海洋波浪能是以机械能形式存在于海水中的取之不尽的可再生能源，它是包括潮汐能二海流能二波浪能二温差能二盐差能等在内的海洋能中品位最高的能量［１］三海洋波浪换能装置的作用是把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或液压能三根据海洋波浪的特点，一般波浪捕获装置要求在低速二变速二大扭矩的工况下运行，而发电设备要求在较高的转速下单向恒速旋转运动，这就要求换能系统能够实现增速二功率传递和控制等功能三根据国内外目前的研究状况，普遍采用３种能量转换方式：齿轮变速箱式二直驱式二液压传动式三齿轮变速箱传动方式其传动比单一，不能平缓海流冲击，会影响发电机的寿命三而直驱传动方式，鉴于目前低速永磁同步发电机技术不够
成熟及海洋环境的恶劣性，成本较高三液压传动具有传动功率大二结构小二响应速度快二可以实现无级变速等优点，且易实现过载保护，非常适合低速二大扭矩的场合应用，已成为波浪换能装置的首选传动方式［２］三基于这一原理的海洋波浪换能系统主要由能量捕获装置二液压泵二液压马达二蓄能器二流量及压力控制单元等元件组成三能量捕获装置将波浪能转换为不稳定的机械能并驱动液压泵工作，泵输出液压能并经由流量控制单元整流为单一方向的液压能三压力控制单元及蓄能器将不稳定的液压能转换为稳定的液压能并驱动液压马达带动发电机恒速运转，输出稳定电能三
波浪能的能量产生是由自然条件及地理环境决定，能量变化的幅值及频率随机性较大，所以利用波