低速直驱液压式潮流发电系统关键技术研究

针对潮流流速低、潮流能发电装置叶轮转速低等特点，为实现机组的快速启动及传动系统的简化，本项目拟对适用于潮流能发电机械的低速大排量液压泵及变排量协同控制方法等进行研究。首先运用流体力学及数值模拟手段分析低流速条件下叶轮的能量捕获及受力特性；基于理论分析结果，开展低速大排量变量液压泵的设计研制；并搭建直驱式（叶轮+低速液压泵）潮流能发电试验样机的液压式能量传递系统；在此试验台上完成对低速大排量变量液压泵的测试，并优化液压传动系统；同时对低流速条件下如何通过变量泵与变量马达的协同变排量控制实现叶轮的快速启动及能量最大捕获进行研究，综合应用理论分析、数字仿真、实验室试验及现场试验等手段对控制策略及控制算法进行优化。

根据相似性原理，依据雷诺数不变或相似原则，基于BEM理论及CFD方法对低流速条件下叶片设计方法及其周围流场分布情况进行了研究。对不同安装角、不同转速条件下的叶轮能量捕获特性及载荷特性进行了分析，为液压系统及低速大排量液压泵的研究提供依据。针对潮流流速低、潮流发电装置叶轮转速低、功率波动等特点，项目对潮流发电机组的直驱泵马达液压式能量传递方案及其控制方案进行了研究。设计并完成了直驱式（叶轮+低速液压泵）潮流发电试验样机的液压式能量传递系统设计和建造，开展了变排量协同控制实现变速恒频运行及低速大排量液压泵特性等的研究。. 项目主要进展如下：（1）完成低流速条件下叶片设计方法研究，分析了其叶轮能量捕获特性及载荷特性。(2) 为简化水下控制系统的要求，设计了叶轮直驱液压泵、辅泵与液压马达协同变排量的潮流能发电机组液压式能量传递系统。（3）为实现潮流发电最大能量捕获及功率稳定（变速恒频），研究了液压系统变排量协同控制策略，并完成了仿真验证和试验验证。（4）设计并搭建了潮流发电试验平台。在该平台上完成了上述潮流发电液压式能量传递方案及控制策略的试验验证。 . 通过研究，项目取得以下研究成果：（1）试验平台的搭建为后续潮流能发电技术的深入研究提供了条件，如实海况条件下低速大排量液压泵的测试、液压传动系统及其控制策略的优化等。该平台实现了叶轮转矩模拟的闭环控制，转矩可根据实测流速及叶轮特性给出。（2）项目研究以低速直驱式潮流发电装备的能量传动系统为研究对象，并着力提高机组可靠性、简化水下电气控制，提出基于液压变压器技术的海流发电机组变速恒频的软硬件实现方案，使得海流发电系统在不依赖于电力电子设备的情况下，在传动环节就实现叶轮“变速”控制和发电机“恒频”控制。(3) 低速大排量泵是直驱式潮流能发电机液压能量传动系统的关键部件，项目在完成的试验台上进行了低速马达泵的性能测试，初步研究了其转速－压力－效率特性，为后续低速大排量泵的深入研究提供了基础.