阅读说明：本技术 一种海流能发电机组变桨装置及其控制方法 (Variable-pitch device of ocean current energy generator set and control method thereof ) 是由 顾亚京 张鹏鹏 刘宏伟 李伟 林勇刚 王超助 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种海流能发电机组变桨装置及其控制方法。叶片根部和密封端盖固定同轴连接,密封端盖和叶片支撑轴外端固定连接,叶片支撑轴通过圆锥滚子轴承套装在轮毂内,轮毂内部固定设有螺旋摆动液压缸,叶片支撑轴内端与螺旋摆动液压缸的输出端同轴固定连接；螺旋摆动液压缸的两个液压腔经液压管和变桨控制油路连接,变桨控制油路经螺旋摆动液压缸带动叶片旋转实现变桨距；轮毂外端面安装有前端盖。本发明在螺旋摆动液压缸的两级螺旋副放大作用下,以小工作行程输出大旋转角度,占用空间小且力矩大,传动效率高；独立变桨控制能够消除三叶片运动带来的不平衡载荷,避免机组的振动、载荷分布不均匀等问题,延长寿命。(The invention discloses a variable pitch device of an ocean current energy generator set and a control method thereof. The blade root is fixedly and coaxially connected with the sealing end cover, the sealing end cover is fixedly connected with the outer end of the blade supporting shaft, the blade supporting shaft is sleeved in the hub through a tapered roller bearing, a spiral swing hydraulic cylinder is fixedly arranged in the hub, and the inner end of the blade supporting shaft is coaxially and fixedly connected with the output end of the spiral swing hydraulic cylinder; two hydraulic cavities of the spiral swing hydraulic cylinder are connected with a variable pitch control oil way through a hydraulic pipe, and the variable pitch control oil way drives the blades to rotate through the spiral swing hydraulic cylinder to realize variable pitch; the outer end face of the hub is provided with a front end cover. Under the amplification effect of two-stage spiral pairs of the spiral swing hydraulic cylinder, the invention outputs a large rotation angle with a small working stroke, occupies small space and has large moment and high transmission efficiency; the independent variable pitch control can eliminate unbalanced load caused by the movement of the three blades, avoid the problems of vibration, uneven load distribution and the like of a unit, and prolong the service life.)

一种海流能发电机组变桨装置及其控制方法

技术领域

本发明属于海流能发电领域，具体设计一种海流能发电机组的变桨装置及其控制方法。

背景技术

海流能储量丰富，而且具有密度高、可预测等优点。海流能发电是非常具有发展前景的一个领域。海流能转换技术种类多样，全球已有20多种不同结构形式的发电装置，在开发利用形式，安装布放方式，叶轮尺寸，转换效率等方面各有优劣，目前还没有公认的最优方案。经过近些年的发展，水平轴海流能发电装置逐渐被证明是一种比较适合的海流能利用转换装置，占已有海流能项目的43％。

变桨距技术是海流能发电技术中的关键技术之一，在海流能发电的实际操作中，由于海流的速度时刻变化，需要时时调整叶片的桨距角来获得最大的功率或者降低机组载荷。目前已有的海流能变桨方案，根据执行机构的不同可分为电气变桨和液压变桨；根据叶片动作形式不同又可以分为独立变桨距和统一变桨距。常见的变桨机构有齿轮齿条机构，曲柄连杆机构，锥齿轮等机构，但是以上机构存在以下不足：体积较大、结构不紧凑、传动效率较低。

对于三叶片海流能发电机组，由于流剪切作用导致旋转叶轮面不同深度上的海流流速不相同，引起不平衡的俯仰力矩，以及旋转过程中叶轮位置不对称导致的偏航力矩，都会使机组受力不平衡，引起载荷分布不均匀与机械结构周期性振动，降低了机组的可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是传统的海流能发电机组变桨机构体积较大、结构不紧凑、传动效率较低。对于三叶片发电机组，海流流剪切和叶轮位置不对称引起的不平衡俯仰力矩和偏航力矩的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一、一种海流能发电机组的独立变桨机械结构：

独立变桨机械结构包括主要由叶片、叶片法兰、密封端盖、叶片支撑轴和螺旋摆动液压缸构成的一组独立变桨机械结构，叶片根部通过叶片法兰和密封端盖外端固定同轴连接，密封端盖内端和叶片支撑轴外端固定连接，叶片支撑轴通过圆锥滚子轴承套装在轮毂内，轮毂内部固定设有螺旋摆动液压缸，叶片支撑轴内端与螺旋摆动液压缸的输出端同轴固定连接；螺旋摆动液压缸具有两个液压腔，两个液压腔分别经各自的液压管和变桨控制油路连接，变桨控制油路经螺旋摆动液压缸带动叶片旋转实现变桨距；轮毂外端面安装有前端盖，前端盖内端面固定于底座。

所述螺旋摆动液压缸依次包括缸体、液压缸活塞和液压缸输出转轴，液压缸活塞套装在缸体内，液压缸输出转轴套装在液压缸活塞内，液压缸输出转轴与所述叶片支撑轴未与密封端盖连接的一端固定连接；缸体的两端侧壁分别开设有连通所述变桨控制油路的第一油口和第二油口，缸体一端的内壁设置有内螺纹，液压缸活塞一端的外壁设有外螺纹，缸体的内螺纹和液压缸活塞的外螺纹配合形成二级螺旋副；液压缸活塞另一端的内壁设有内螺纹，液压缸输出转轴中部设有外螺纹，液压缸输出转轴的外螺纹和液压缸活塞的内螺纹配合形成一级螺旋副；这样使得液压缸活塞的两端分别与液压缸输出转轴的两端之间在缸体内部中形成第一油腔和第二油腔，第一油腔和第二油腔分别经第一油口和第二油口后和两个液压管连通。

液压缸活塞在设有内螺纹的端部边缘外侧壁设有外凸缘，外凸缘和缸体内壁密封连接；液压缸活塞在设有外螺纹的端部边缘内侧壁设有内凸缘，内凸缘和液压缸输出转轴外壁密封连接；液压缸输出转轴的两端穿出液压缸活塞后和缸体的两端口之间密封套装连接。

所述轮毂套设在所述叶片支撑轴外，且所述轮毂与叶片支撑轴之间设置有一对圆锥滚子轴承。

包括多个独立变桨机械结构，多个独立变桨机械结构均布置在海流能发电机组的底座，多个独立变桨机械结构在轮毂周围间隔均布，每个独立变桨机械结构均经变桨控制油路连接到油箱，通过变桨控制油路控制各个独立变桨机械结构实现变桨控制。

所述的变桨控制油路包括电机、液压泵、第一过滤器、第二过滤器、溢流阀、压力表、蓄能器以及三个完全相同的叶片液压驱动回路，每个叶片液压驱动回路包括第一单向阀、第二单向阀、三位四通比例阀、梭阀、第一平衡阀、第二平衡阀、第一手动截止阀和第二手动截止阀；电机的输出轴和液压泵的输入轴相连接，液压泵的输入口连接油箱，输出口依次经第一过滤器、第一单向阀后连接到三位四通比例阀的P口，三位四通比例阀的T口依次经第二单向阀、第二过滤器后连接到油箱，溢流阀一端接油箱，溢流阀的另一端与蓄能器和压力表均连接到第一过滤器和第一单向阀之间；三位四通比例阀的A口和B口分别和梭阀的两个输入口连接，梭阀的一个输出口分别连接到第一平衡阀、第二平衡阀的控制口，第一平衡阀、第二平衡阀的输入口分别和三位四通比例阀的A口和B口连接，第一平衡阀、第二平衡阀的输出口分别经第一手动截止阀、第二手动截止阀连通到所述螺旋摆动液压缸的第一油腔和第二油腔。

二、一种海流能发电机组的机械结构的控制方法，海流能发电机组采用多个上述独立变桨机械结构，然后进行以下方式控制：

1)功率控制：

通过实时测量海流能发电机组环境下海流流速和海流能发电机组的发电功率，当海流能发电机组的发电功率在额定功率以下时，发出桨距角统一控制量β₀控制各个独立变桨机械结构中的双螺旋摆动液压缸工作，带动各个叶片绕自身中心轴线旋转，将各个叶片统一控制在0°度的桨距角，以获得最大的捕获功率；

当海流能发电机组的发电功率上升达到额定功率时，根据测量到的海流流速，统一增大桨距角统一控制量β₀控制各个独立变桨机械结构中的双螺旋摆动液压缸工作，带动各个叶片绕自身中心轴线旋转，来增大各个叶片的桨距角，改变功率系数，使发电功率功率稳定在额定功率附近。

2)载荷控制：

通过多个独立变桨机械结构的叶片上的传感器实时测量各个叶片受到的俯仰和偏航方向的力矩，作为载荷力矩；通过光电编码器来测量多个叶片和轮毂构成的叶轮的实时方位角，获得每支叶片的方位角；控制器根据多个叶片受到的海流的载荷合成结果，来判断海流能发电机组受到的载荷是否平衡：

海流能发电机组所受的载荷合成结果为：

式中：M_tilt为海流能发电机组受到的俯仰力矩，M_yaw为海流能发电机组受到的偏航力矩；M_yi是叶片实时测量所受到的俯仰和偏航方向的力矩合力矩，是叶片的实时方位角，i表示叶片的序号，n表示叶片的总数；

当俯仰力矩M_tilt和偏航力矩M_yaw同时为0时，则海流能发电机组受到的载荷平衡，否则海流能发电机组受到的载荷不平衡；

若受到的载荷不平衡，则根据海流能发电机组的载荷计算模型分别确定使总体载荷平衡时，三个叶片各自的桨距角独立控制量β₁、β₂、β₃；具体是对第i支叶片的力矩合力矩进行线性化，采用以下公式反求处理得到桨距角独立控制量β_i：

M_yi＝h_iv_i+k_iβ_i+g_iΩ

式中h_i、k_i、g_i分别为力矩合力矩M_yi对流速、桨距角和叶轮转速的线性化系数；v_i为海流流速；Ω为叶轮转速，i表示叶片的序号；

3)将多个独立变桨机械结构的叶片各自的桨距角独立控制量和桨距角统一控制量叠加，施加到多个独立变桨机械结构上并控制动作，进而通过双螺旋摆动液压缸工作，带动各个叶片绕自身中心轴线旋转，将每个叶片的桨距角分别调至目标值。

本发明采用螺旋摆动液压缸作为驱动机构，在两级螺旋副的放大作用下，只需要较小的工作行程，就能得到大的输出旋转角度，且占用空间小，驱动力矩大，传动效率高。

本发明采用独立变桨控制，能够消除三叶片运动带来的不平衡载荷，从而避免机组的振动、载荷分布不均匀等问题，延长机组的使用寿命。

本发明的有益效果是：

采用螺旋摆动液压缸作为驱动机构，在两级螺旋副的放大作用下，只需要较小的工作行程，就能得到大的输出旋转角度，且占用空间小，驱动力矩大，传动效率高。

所述前端盖与所述轮毂固定连接，并与所述轮毂围合形成了海流能发电机组的独立变桨机械结构的外壳，同时，前端盖上固定有用于引导水流方向的导流罩，有效地避免了水流对端盖产生强烈冲击，延长了使用寿命。

采用功率控制和载荷控制相结合的叶片桨距角独立控制，既实现了根据流速和功率的最优功率捕获，又消除了机组的不平衡俯仰力矩和偏航力矩。

附图说明

图1为本实施例装置的机械结构左视图；

图2为本实施例装置的机械结构主视图；

图3为本实施例螺旋摆动液压缸结构示意图；

图4为本实施例变液压控制回路示意图。

图5为为能量捕获系数C_p在不同桨距角β下与叶尖速比λ之间的函数关系图。

图6为本实施例的控制结构框图。

附图标记：40-叶片支撑轴；50-螺旋摆动液压缸；51-缸体；511-第一油口；512-第二油口；513-第一油腔；514-第二油腔；52-液压缸活塞；53-液压缸输出转轴；54-一级螺旋副；55-二级螺旋副；60-变桨控制油路；70-轮毂；80-圆锥滚子轴承；90-前端盖；100-导流罩；110-液压管；120-叶片；130-叶片法兰；30-密封端盖；电机1、液压泵2、第一过滤器3、第二过滤器5、溢流阀4、压力表6、蓄能器7、第一单向阀8、第二单向阀9、三位四通比例阀10、梭阀11、第一平衡阀12、第二平衡阀13、第一手动截止阀14、第二手动截止阀15、双螺旋摆动液压缸50。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1、图2，具体实施的结构包括主要由叶片120、叶片法兰130、密封端盖30、叶片支撑轴40和螺旋摆动液压缸50构成的一组独立变桨机械结构，叶片120根部通过叶片法兰130和密封端盖30外端固定同轴连接，密封端盖30内端和叶片支撑轴40外端固定连接，叶片法兰130一端与叶片120固定连接，另一端与密封端盖30固定连接，叶片支撑轴40固定在密封端盖30远离叶片法兰130的一侧。叶片120、叶片法兰130、密封端盖30、叶片支撑轴40依次固定连接，在运动时可视为一个整体。叶片支撑轴40通过圆锥滚子轴承80套装在轮毂70内，轮毂70内部固定设有螺旋摆动液压缸50，叶片支撑轴40内端与螺旋摆动液压缸50的输出端同轴固定连接；螺旋摆动液压缸50具有两个液压腔，两个液压腔分别经各自的液压管110和轮毂70外的变桨控制油路60连接，变桨控制油路60经螺旋摆动液压缸50带动叶片120旋转实现变桨距；轮毂70外端面安装有前端盖90，前端盖90内端面固定于海流能发电机组的底座。轮毂70与密封端盖30动密封连接。

螺旋摆动液压缸50从外至内依次包括缸体51、液压缸活塞52和液压缸输出转轴53，液压缸活塞52套装在缸体51内，液压缸输出转轴53套装在液压缸活塞52内，液压缸输出转轴53与叶片支撑轴40未与密封端盖30连接的一端固定连接；缸体51的两端侧壁分别开设有连通变桨控制油路60的第一油口511和第二油口512，第一油口511和第二油口512分别设置在液压缸活塞52的两端；缸体51一端的内壁设置有内螺纹，液压缸活塞52一端的外壁设有外螺纹，缸体51的内螺纹和液压缸活塞52的外螺纹配合形成二级螺旋副55；液压缸活塞52另一端的内壁设有内螺纹，液压缸输出转轴53中部设有外螺纹，液压缸输出转轴53的外螺纹和液压缸活塞52的内螺纹配合形成一级螺旋副54；这样液压缸输出转轴53与液压缸活塞52之间设有一级螺旋副54，液压缸活塞52与缸体51之间设有二级螺旋副55。这样使得液压缸活塞52设有内螺纹的端部和设有外螺纹的端部分别与液压缸输出转轴53的两端之间在缸体51内部中形成第一油腔513和第二油腔514，第一油腔513和第二油腔514分别经第一油口511和第二油口512后和两个液压管110连通。

具体设置至少两根液压管110，至少两根液压管110分别用于连通第一油口511与变桨控制油路60以及第二油口512与变桨控制油路60，通过液压管110连通螺旋摆动液压缸50和变桨控制油路60，使得设置变桨控制油路60的空间位置不受到限制。

螺旋摆动液压缸50的缸体51与液压缸输出转轴53之间、缸体51与液压缸活塞52之间、液压缸活塞52与液压缸输出转轴53之间均设有密封。

具体地，液压缸活塞52在设有内螺纹的端部边缘外侧壁设有外凸缘，外凸缘和缸体51内壁密封连接；液压缸活塞52在设有外螺纹的端部边缘内侧壁设有内凸缘，内凸缘和液压缸输出转轴53外壁密封连接；液压缸输出转轴53的两端穿出液压缸活塞52后设有外凸缘，液压缸输出转轴53两端的外凸缘和缸体51的两端口之间密封套装连接。这样使得液压缸活塞52为呈Z形截面绕中心轴向旋转构成的环形体。

叶片120与叶片法兰130之间、叶片法兰130与密封端盖30之间、密封端盖30与叶片支撑轴40之间、叶片支撑轴40与螺旋摆动液压缸50之间均采用螺栓连接。

轮毂70套设在叶片支撑轴40外，前端盖90与轮毂70固定连接，并与轮毂70围合形成海流能发电机组的独立变桨机械结构的外壳。且轮毂70与叶片支撑轴40之间设置有一对圆锥滚子轴承80，有利于减小轮毂与叶片支撑轴之间的摩擦力矩。

前端盖90上安装有导流罩100，导流罩100与前端盖90固定连接后用于引导水流方向，避免水流对端盖产生强烈冲击。

具体实施包括多个独立变桨机械结构，多个独立变桨机械结构均布置在海流能发电机组的底座，多个独立变桨机械结构在轮毂70周围间隔均布，多个独立变桨机械结构的螺旋摆动液压缸50内端部固定到一起，每个独立变桨机械结构均经变桨控制油路60连接到油箱，通过变桨控制油路60控制各个独立变桨机械结构实现变桨控制。

当第一油口511为高压油入口，第二油口512为低压油出口时，第一油腔513为高压腔，第二油腔514为低压腔，活塞受到向右的力并向右运动。由于缸体51是固定的，液压缸活塞52在第二级螺旋副55的作用做逆时针转动，液压缸输出转轴53在第一级螺旋副54的作用下相对液压缸活塞52做逆时针转动，此时液压缸输出转轴53相对于缸体51逆时针转动，同时，液压缸输出转轴53带动叶片120一起逆时针转动，实现变桨。

反之，当第二油口512为高压油入口，第一油口511为低压油出口时，第一油腔513为低压腔，第二油腔514为高压腔，液压缸活塞52受到向左的力并向左运动。液压缸活塞52在第二级螺旋副55的作用下顺时针转动，液压缸输出转轴53在第一级螺旋副54的作用下相对液压缸活塞52顺时针转动，此时液压缸输出转轴53相对于缸体51顺时针转动，同时，液压缸输出转轴53带动叶片120一起顺时针转动，实现变桨。

通过两级螺旋副的放大作用，只需要较小的工作行程，就能得到大的输出旋转角度。

变桨控制油路60包括电机1、液压泵2、第一过滤器3、第二过滤器5、溢流阀4、压力表6、蓄能器7以及三个完全相同的叶片液压驱动回路，每个叶片液压驱动回路包括第一单向阀8、第二单向阀9、三位四通比例阀10、梭阀11、第一平衡阀12、第二平衡阀13、第一手动截止阀14和第二手动截止阀15；电机1的输出轴和液压泵2的输入轴相连接，电机1提供液压泵正常工作所需要的转矩，液压泵2的输入口连接油箱，输出口依次经第一过滤器3、第一单向阀8后连接到三位四通比例阀10的P口，三位四通比例阀10的T口依次经第二单向阀9、第二过滤器5后连接到油箱，两个过滤器用于过滤油液中的杂物，两个单向阀的作用是保证进油路的油液不会因为供油回路机械故障发生回流，防止回油路的油液发生倒流，保护液压回路。溢流阀4一端接油箱，溢流阀4的另一端与蓄能器7和压力表6均连接到第一过滤器3和第一单向阀8之间；三位四通比例阀10的A口和B口分别和梭阀11的两个输入口连接，梭阀11的一个输出口分别连接到第一平衡阀12、第二平衡阀13的控制口，即连通到第一平衡阀12、第二平衡阀13的控制腔，第一平衡阀12、第二平衡阀13的输入口分别和三位四通比例阀10的A口和B口连接，第一平衡阀12、第二平衡阀13的输出口分别经第一手动截止阀14、第二手动截止阀15连通到螺旋摆动液压缸50的第一油腔513和第二油腔514。控制三位四通比例阀的阀芯动作可实现螺旋摆动液压缸的正向和反向运动，在三个叶片液压驱动回路的控制下实现三个叶片的360°独立变桨。

第一过滤器3的输出端与压力表6、蓄能器7、第一单向阀8、溢流阀4的输入口相连。压力表6测量液压泵的输出压力，蓄能器7的作用是缓冲第一变量液压泵2调节桨距角时输出的油液压力波动，在供油回路发生故障时能够维持一段时间系统所需压力，避免损坏元器件。溢流阀4的另一端连接油箱，作用是在液压泵的输出压力超过限定值时阀口打开卸荷，防止液压泵过压。

螺旋摆动液压缸50的液压缸输出转轴53处安装有载荷传感器，载荷传感器为力矩传感器，分别测量三个叶片受到的俯仰和偏航方向的的力矩，力矩传感器和三位四通比例阀10均连接到控制器。

三位四通比例阀10的作用是实现双螺旋摆动液压缸50的正反运动，梭阀的作用是在变桨时让平衡阀阀门开启。手动截止阀14、15在油路正常工作时处于常开状态，在平衡阀或者三位四通比例阀出现故障不能关闭时，操作者手动关闭截止阀，从而切断油路使桨叶不动，起到保险作用。

平衡阀的作用是在变桨的时候如前面开启阀门，而在不变桨的时候，平衡阀的控制腔没有油液进入，所以阀门关闭，使双螺旋摆动液压缸的油腔保压，维持桨距角不变。

手动截止阀14、15的作用是在平衡阀或者三位四通比例阀出现故障不能关闭阀门时，操作者手动关闭截止阀，从而切断油路使桨叶不动，起到保险作用。

双螺旋摆动液压缸50是桨叶变桨的执行机构，当油液进出液压缸的方向相反时，双螺旋摆动液压缸50驱动带动叶片120桨叶的输出旋转方向相反。

本发明的油路控制是通过三位四通比例阀10和梭阀11的配合工作，实现叶片的顺逆时针变桨：

当三位四通比例阀10处于左位时，三位四通比例阀10的P口和A口导通，T口和B口导通，液压油经由第一平衡阀12和第一手动截止阀14进入双螺旋摆动液压缸的第一油腔513，梭阀11在靠近第一平衡阀12一侧的输入口是高压，高压油进入第二平衡阀13中的控制腔，使得第二平衡阀13阀门开启，双螺旋摆动液压缸的第二油腔514的油液可以回流；

当三位四通比例阀10处于右位时，三位四通比例阀10的P口和B口导通，T口和A口导通，液压油经由第二平衡阀13和第二手动截止阀15进入双螺旋摆动液压缸的第二油腔514，梭阀11在靠近第二平衡阀13一侧的输入口是高压，高压油进入第一平衡阀12中的控制腔，第二平衡阀12阀门开启，第一油腔513的油液经过第二平衡阀12回流；三位四通比例阀处于左位和处于右位的时候油液进出双螺旋摆动液压缸的方向相反，双螺旋摆动液压缸的输出转轴的旋转方向相反，从而实现两个方向的变桨。

当阀芯处于中位的时候，油路被切断，双螺旋摆动液压缸保压，从而保持桨距角不变。

具体实施中，海流能发电机组采用三个独立变桨机械结构，然后进行以下方式控制：

1)功率控制：

通过实时测量海流能发电机组环境下海流流速和海流能发电机组的发电功率，当海流能发电机组的发电功率在额定功率以下时，发出桨距角统一控制量β₀控制各个独立变桨机械结构中的双螺旋摆动液压缸50工作，带动各个叶片120绕自身中心轴线旋转，将各个叶片统一控制在0°度的桨距角，以获得最大的捕获功率；

这样将叶片桨叶的桨距角调整为较小的值来获得最佳捕获功率。如图5，在固定海流流速和叶尖速比情况下，0°度的桨距角对应的功率系数最大。

当海流能发电机组的发电功率上升达到额定功率时，根据测量到的海流流速，统一增大桨距角统一控制量β₀控制各个独立变桨机械结构中的双螺旋摆动液压缸50工作，带动各个叶片120绕自身中心轴线旋转，来增大各个叶片的桨距角以降低机组载荷，改变功率系数，使发电功率功率稳定在额定功率附近。控制器根据功率和海流流速给定三个叶片一个统一的桨距角控制量β₀，来实现功率控制和启停控制。

桨距角的调节范围在0-20°，对应功率系数调节范围为0—0.45，结合测得的实时流速和转速值，具体控制按照图5进行查表法获得目标桨距角β₀。

2)载荷控制：

通过多个独立变桨机械结构的叶片上的传感器实时测量各个叶片受到的俯仰和偏航方向的力矩，作为载荷力矩；通过光电编码器来测量多个叶片和轮毂构成的叶轮的实时方位角，获得每支叶片的方位角；通过光电编码器来测量叶轮的实时方位角，从而获得每支叶片的方位角。控制器根据多个叶片受到的海流的载荷合成结果，来判断海流能发电机组受到的载荷是否平衡，若多个叶片受到的海流的载荷合成结果为零，则海流能发电机组受到的载荷平衡，否则海流能发电机组受到的载荷不平衡：

海流能发电机组所受的载荷合成结果为：

式中：M_tilt为海流能发电机组受到的俯仰力矩，M_yaw为海流能发电机组受到的偏航力矩；M_yi是叶片实时测量所受到的俯仰和偏航方向的力矩合力矩，

是叶片的实时方位角，i表示叶片的序号，n表示叶片的总数，即独立变桨机械结构的总数；

当俯仰力矩M_tilt和偏航力矩M_yaw同时为0时，则海流能发电机组受到的载荷平衡，否则海流能发电机组受到的载荷不平衡；

若海流能发电机组受到的载荷不平衡，则根据海流能发电机组的载荷计算模型分别确定使总体载荷平衡时，三个叶片各自的桨距角独立控制量β₁、β₂、β₃，以实现消除不平衡俯仰力矩和偏航力矩的目的；根据海流能发电机组非线性特性，俯仰力矩M_tilt和偏航力矩M_yaw由叶片力矩合力矩M_yi决定，叶片力矩合力矩与流速、叶片桨距角、叶轮转速有关，具体是对第i(i＝1,2,3)支叶片的力矩合力矩进行线性化，采用以下公式反求处理得到桨距角独立控制量β_i：

M_yi＝h_iv_i+k_iβ_i+g_iΩ

式中h_i、k_i、g_i分别为叶片力矩合力矩M_yi对流速、桨距角和叶轮转速的线性化系数，通过稳态仿真得到；v_i为海流流速，是系统的干扰量；Ω为叶轮转速，通过电气系统进行控制，i表示叶片的序号，i＝1,2,3。

因此，根据测量到的叶片力矩M_yi、叶轮的转速Ω、和海流流速v_i来确定桨距角独立控制量β₁、β₂、β₃，从而使叶轮受到的载荷平衡。

3)将多个独立变桨机械结构的叶片各自的桨距角独立控制量和桨距角统一控制量叠加，施加到多个独立变桨机械结构上并控制它们动作，进而通过双螺旋摆动液压缸50工作，带动各个叶片120绕自身中心轴线旋转，将每个叶片120的桨距角分别调至目标值。

本发明控制方法是根据海流流速和海流能发电机组功率设置桨距角统一控制量β₀，根据三叶片受到的海流作用力矩海流能发电机组受到的载荷，在载荷不平衡时给予三叶片桨距角独立控制量β₁、β₂、β₃，将桨距角统一控制量和桨距角独立控制量相结合来控制每个叶片的桨距角，同时兼顾了能量捕获的高效性和力的平衡性。

由此能通过上述功率控制过程根据海流能发电机组功率和海流流速实现最优桨距角的控制，使得海流能发电机组以最优化运行。