一种基于虚拟抽蓄的多路液压缸补偿控制装置的制作方法

本发明属于液力机械技术领域，具体为一种基于虚拟抽蓄的多路液压缸补偿控制装置。

背景技术：

在水电站水力设备抽水和发电的过程中，液压缸活塞杆往复运行时速度的变化会引起管道液体流速变化，冲击引水系统管道，进而造成引水管道系统水压波动。管道承受的水击波压力越高，对水力设备、引水管道、液压缸缸体等产生的冲击越大，液流传递过程中产生的附加损耗越大，减损水力设备的使用寿命，对引水系统造成破坏，严重威胁水电站的安全运行。

如中国申请号为201310042435.8的发明专利《基于压缩空气储能的虚拟抽水蓄能电站及储能发电方法》和中国申请号为201610057043.2的发明专利《自适应液压势能转换装置》的公开，在实际工程应用中，在水轮机发出功率一定的情况下，造成的能量损耗与管道流量波动和管道长度均正相关。水力设备与高压水池引水管道越长，引起的能量损耗越大，越需要通过抑制液流波动来减小损耗。

传统的液压缸为了抑制液流不平稳产生的波动性水压，在高压水池管道处添加溢流阀，达到定压的目的。但是溢流阀的频繁作用会造成水能一定程度上的浪费，降低水力发电系统的整体运行效率。

针对这一问题，我们提出了一种基于虚拟抽蓄的多路液压缸补偿控制装置，在保证水力设备抽水与发电的过程中流经管道的液体流速始终保持一致的基础上，避免采用传统的溢流阀，同时减少能量损耗。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟抽蓄的多路液压缸补偿控制装置，其特征在于，包括至少两路并联的液压缸、与液压缸数量相对应的驱动设备、低压水池c、控制器d、高压水池e和水力设备g，其中，每个液压缸的活塞杆都有一个驱动设备与其相连，液压缸的一端通过高压侧管道与高压水池侧主管道相连，另一端通过低压侧管道与低压水池侧主管道相连；高压水池侧主管道与高压水池e相连，低压水池侧主管道与低压水池c相连，水力设备g连接高压水池e与低压水池c；驱动设备的电力输入接至外部动力源，水力设备g的电力输入与电网相连；控制器d使用交错稳流控制策略对各驱动设备发出运动指令，使各驱动设备以时间交错的方式运行，各路液压缸启停与换向的时间相互交错，保证并联的各路液压缸内流出的液体在汇入高压水池侧主管道后的流量相互补偿并实现平稳，由高压水池侧主管道流入高压水池e的总流量保持稳定。

所述液压缸可以是单个子液压缸，也可以是同杆串联的多个子液压缸。

所述多个子液压缸在同杆串联后成为一个可变面积的液压缸，每个子液压缸的截面积可以相同也可以不同，各子液压缸的一端都通过阀门和管道与同一根高压侧管道相连，另一端通过阀门和管道与同一根低压侧管道相连，当液压缸运动至活塞行程终点时，各子液压缸左右腔与高压水池或低压水池连通的状态互换，从而推动液压缸中的活塞向相反行程方向运动，以此实现活塞往复运动。

所述控制器d使用交错稳流控制策略的具体实现方式包括完全补偿交错稳流策略和部分补偿交错稳流策略，其中完全补偿交错稳流策略，是令控制器d采取正弦波的非线性补偿控制形式对各路驱动设备发出速度指令；

部分补偿交错稳流策略，是令控制器d采取三角波或梯形波的线性控制形式对各路驱动设备发出速度指令。

在部分补偿交错稳流策略中，三角波变化或是梯形波变化的周期运动中加入非线性变化阶段，非线性速度变化的全部时间不高于三角波和梯形波速度变化周期的1/10。

所述高压水池e流入与流出的总流量一致，实现高压水池侧主管道和低压水池侧主管道内的流量稳定在目标流速，构成了稳流量、定水头的恒压网络。

所述水力设备g由水轮机和水泵组成，工作流程分为水力设备g发电时和抽水时两种工作状态；发电时，所述水力设备g切换为水轮机工作状态，水从所述高压水池e经所述水轮机流入所述低压水池c给电网发电；抽水时，所述水力设备g切换为水泵状态，所述低压水池c中的水经所述水泵抽入所述高压水池e。

所述驱动设备分别为压缩空气的气动缸、电动缸、直线电机、曲柄连杆机构或额外的液压驱动系统，以此实现直线机械能与其他能量的转换。

所述外部动力源为电网或为压缩空气的储能装置。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过控制器控制多路液压缸的运行，使得高压侧主管道系统的水流始终保持稳定，实现了维持管道液流稳定互补的目的。

2.管道液流的稳定互补能减少引水管道系统受到的不稳定水压冲击，减少水压不稳定对管道系统的破坏，从而保证水电站的安全运行。

3.管道液流的稳定互补还有利于减少水力设备发电和抽水过程中各管道内的水头损耗，降低使用成本，延长设备使用寿命。

4.管道液流的稳定互补使系统高压水池及高压水池出水管道的压强变化恒定可调，从而避免溢流阀的使用，降低水能损耗，提高系统整体的运行效率。

附图说明

图1为本发明一种基于虚拟抽蓄的多路液压缸补偿控制装置实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1和2中部分补偿交错稳流策略的三角波速度控制曲线图；

图3为本发明实施例1和2中部分补偿交错稳流策略的梯形波速度控制曲线图；

图4为本发明实施例1和2中完全补偿交错稳流策略的正弦波速度控制曲线图；

图5为本发明实施例2的结构示意图；

图6为本发明实施例3的结构示意图；

图7为本发明实施例3中完全补偿交错稳流策略的正弦波速度控制曲线图。

其中：1-第一液压缸高压侧管道，2-第二液压缸高压侧管道，3-第一液压缸低压侧管道，4-第二液压缸低压侧管道，5-高压水池侧主管道，6-低压水池侧主管道，7-水池连接管道，8-溢流阀，301-第三液压缸低压侧管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1～图4所示的本发明实施例1，包括：并联的两路或多路液压缸、驱动设备、低压水池c、控制器d、高压水池e和水力设备g，其中，液压缸可以是单个子液压缸也可以是多个经活塞杆串联(同杆串联)的子液压缸，液压缸的一端通过阀门和高压侧管道与高压水池侧主管道5相连，另一端通过阀门和低压侧管道与低压水池侧主管道6相连；高压水池侧主管道5与高压水池e相连，低压水池侧主管道6与低压水池c相连，水力设备g连接高压水池e与低压水池c；驱动设备的电力输入接至外部动力源，水力设备g的电力输入与电网相连；驱动设备与每路液压缸的活塞杆相连；控制器d采取交错稳流控制策略对驱动设备发出运动指令，各路高压侧管道内的流量速度相互补偿，由高压水池侧主管道5流入高压水池e的总流量保持稳定，同时由低压水池侧主管道6流入低压水池c的总流量也保持稳定。

每路液压缸都设有相应的驱动设备，与各驱动设备相连的控制器d采取交错稳流控制策略对其发出运动指令，使得多路液压缸的各高压侧管道中的流量速度相互补偿。

当液压缸是多个子液压缸时，液压缸为同杆串联后可视为一个可变面积的液压缸，每个子液压缸的截面积可以相同也可以不同，各子液压缸的一端都通过阀门和管道与同一根高压侧管道相连，另一端通过阀门和管道与同一根低压侧管道相连，当液压缸运动至活塞行程终点时，各子液压缸左右腔与高压水池或低压水池连通的状态互换，从而推动液压缸中的活塞向相反行程方向运动，以此实现活塞往复运动。具体工作时，各经活塞杆串联的子液压缸通过控制各自的阀门来切换子液压缸左右腔与高、低压水池的连接状态，以此改变该路液压缸的等效运行截面积，进而使高压水池侧主管道5和低压水池侧主管道6的流量在活塞杆运行速度不变的情况下发生改变。

交错稳流控制策略使所述高压水池侧主管道5中的流量在实际运行中实现平稳，交错稳流控制策略包括完全补偿交错稳流策略和部分补偿交错稳流策略，其中完全补偿交错稳流策略，是令控制器d采取正弦波的非线性补偿控制形式对各路的驱动设备发出运动指令，各路驱动设备依照所述控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈正弦波形变化的运动；

部分补偿交错稳流策略，是令控制器d采取三角波或梯形波的线性控制形式对各路的驱动设备发出运动指令，各路驱动设备依照所述控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈三角波变化或是梯形波变化的周期运动。

在部分补偿交错稳流策略中，三角波变化或是梯形波变化的周期运动中加入非线性变化阶段，非线性速度变化的全部时间不高于三角波和梯形波速度变化周期的1/10。

驱动设备分别为压缩空气的气动缸、电动缸、直线电机、曲柄连杆机构或额外的液压驱动系统，以此实现直线机械能与其他能量的转换。

外部动力源为电网或为压缩空气的储能装置。

水力设备g由水轮机和水泵组成，工作流程分为水力设备g发电时和抽水时两种工作状态；发电时，所述水力设备g切换为水轮机工作状态，水从所述高压水池e经所述水轮机流入所述低压水池c给电网发电；抽水时，所述水力设备g切换为水泵状态，所述低压水池c中的水经所述水泵抽入所述高压水池e。

在本实施例中，并联有两路液压缸，分别是第一液压缸a与第二液压缸b，且两路液压缸都为单个子液压缸，因此同样用第一液压缸a与第二液压缸b表示。同样设置有两个与控制器d相连的驱动设备，分别是第一驱动设备m1和第二驱动设备m2，第一驱动设备m1和第二驱动设备m2分别与第一液压缸a和第二液压缸b的活塞缸相连；

在发电时和抽水时两种工作状态中，控制器d均使用交错稳流控制策略对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，水力设备g与驱动设备、控制器d配合运行，维持高压水池e流入与流出的总流量一致，构成了稳流量、定水头的恒压网络，以实现多路液压缸的交错运行，管道流量稳定互补。

当水力设备g为发电时的工作流程为：

由低压水池c流至低压水池侧主管道6的液体通过第一液压缸低压侧管道3和第二液压缸低压侧管道4分两路进入第一液压缸a与第二液压缸b，控制器d通过交错稳流控制策略分别控制第一驱动设备m1与第二驱动设备m2配合运行，使得第一液压缸a与第二液压缸b中的活塞运行速度相互匹配，并行的第一液压缸高压侧管道1与第二液压缸高压侧管道2的液流汇合后在高压水池侧主管道5中达到平稳，最终流入高压水池e的总流量保持稳定；由高压水池e流出的液体流至水力设备g并发电，液体流回低压水池c。

当水力设备g为抽水时的工作流程为：

水力设备g将液体由低压水池c抽至高压水池e，由高压水池e流至高压水池侧主管道5的液体通过第一液压缸高压侧管道1、第二液压缸高压侧管道2分两路分别进入第一液压缸a、第二液压缸b；控制器d通过交错稳流控制策略分别控制两个驱动设备运行，其中第一驱动设备m1与第二驱动设备m2配合运行，使得第一液压缸a与第二液压缸b中的活塞运行速度相互匹配；并行的第一液压缸低压侧管道3与第二液压缸低压侧管道4的液流汇合后在低压水池侧主管道6中达到平稳，并且最终流入低压水池c的总流量保持稳定。

在交错稳流控制策略的运行过程中，令控制器d采取不同波形的控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照所受到的控制器d发出的运动指令带动两路液压缸(第一液压缸a与第二液压缸b)中的活塞杆运行；两路液压缸的两根活塞杆依照速度指令运动，两根活塞杆的速度相互配合，使得由液压缸流入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成稳定的液流；通过控制高压水池e高压水池侧主管道5的出/入水量抑制不平稳液流可以避免工程应用中管道液流不能完全恒定的问题。具体的，第一液压缸a与第二液压缸b中两根活塞杆交错运动，两根活塞杆的速度相互配合，由第一液压缸高压侧管道1和第二液压缸高压侧管道2汇入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成速度恒定的液流，最终使得高压水池e与水力设备g间的溢流阀的使用效率大大降低甚至无需使用溢流阀。

具体的，交错稳流控制策略又分为完全补偿交错稳流策略和部分补偿交错稳流策略；其中完全补偿交错稳流策略，是令控制器d采取正弦波的控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照所述控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈正弦波形变化的运动，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量在实际运行中实现平稳。

部分补偿交错稳流策略，是令控制器d采取三角波或梯形波的线性控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈三角波变化或是梯形波变化的周期运动。在实际工程中，惯性的液压缸(液压缸活塞轴)很难实现加速度骤变，因此在三角波变化或是梯形波变化的周期运动中加入非线性变化阶段，实现加速度的平滑过渡，非线性速度变化的全部时间不高于三角波和梯形波速度变化周期的1/10，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量实现平稳。

在本实施例中，取液压缸a、b缸体直径d相等，均为250mm，长度2m，算例中单位时间液压缸活塞杆运行方向以向右为例(活塞杆位于活塞左侧)。活塞向右运动，水由管道进入高压水池，高压水池流出水速度为vout(mm/s)。假设在单位时间内第一液压缸a活塞杆的速度以恒定加速度a(mm/s²)升高至v0(mm/s)，第二液压缸b活塞杆的速度以恒定加速度-a(mm/s²)由v0(mm/s)降低至0。第一液压缸a和第二液压缸b活塞杆速度表达式分别为：va＝at,vb＝1-at，(单位：mm/s)。所有管道截面积均为sp，高压水池底面积为sh。液压缸a、b的截面积计算公式为

现以完全补偿交错稳流策略中的正弦波和部分补偿交错稳流策略中的三角波的形式模拟常规技术和本发明所使用的之间的区别。

先以如图4所示的正弦波为例，由于常规技术中通常仅有一个活塞杆工作，因此先计算单个液压缸运行时的水头损耗。当控制器d采取正弦波的控制形式对第一驱动设备m1或第二驱动设备m2发出正弦波形的运动指令，第一液压缸a或第二液压缸b中的活塞杆采用正弦波形变化运动，将第一液压缸a或第二液压缸b内的液体经高压水池侧主管道5泵入高压水池e时，单位时间液压缸泵出水的体积为δv1，高压水池流出水的体积为δv2；在正弦波的控制形式中第一液压缸a和第二液压缸b活塞杆速度表达式分别取：va＝v0sint+v0，vb＝v0sin(t+π)+v0；单位时间总水量变化为二者之差，即：

高压水池内液体高度的变化量δh：

高压水池内底部液体压强的变化量δp：

可以看出压强的变化量δp与时间有关，溢流阀为维持压强稳定会频繁动作，同时水流压强变化对管道产生不利影响。

当两个驱动设备(第一驱动设备m1和第二驱动设备m2)同时处于正弦波控制形式时，即控制器d控制第一液压缸a和第二液压缸b的活塞杆同时以正弦波形式配合运动，使第一液压缸a和第二液压缸b内的液体经高压水池侧主管道5流入高压水池e；单位时间第一液压缸a泵出水的体积为δva，第二液压缸b泵出水的体积为δvb，高压水池流出水的体积为δv2，单位时间总水量变化为：

高压水池内液体高度的变化量δh：

高压水池底部内液体压强的变化量δp：

可以看出压强的变化量δp与设定值v0有关，通过设置v0，可以使压强的变化值维持稳定，发电时通过控制高压水池出水口的水流与入水口水流一致即可实现压强稳定，避免了溢流阀频繁动作。

再以如图2所示的三角波为例，在常规技术中，当控制器d采取正弦波的控制形式对第一驱动设备m1或第二驱动设备m2发出三角波形的运动指令，第一液压缸a或第二液压缸b中的活塞杆采用三角波形变化运动，将第一液压缸a或第二液压缸b内的液体经高压水池侧主管道5泵入高压水池e时，单位时间工作液压缸(第一液压缸a或第二液压缸b)泵出水的体积为δv1，高压水池流出水的体积为δv2，在单位时间内第一液压缸a活塞杆的速度以恒定加速度a(mm/s²)升高至v0(mm/s)，第二液压缸b活塞杆的速度以恒定加速度-a(mm/s²)由v0(mm/s)降低至0；在三角波的控制形式中第一液压缸a和第二液压缸b活塞杆速度表达式分别取：va＝at,vb＝v0-at，(单位：mm/s)。单位时间总水量变化为二者之差，即：

高压水池内液体高度的变化量δh：

高压水池内底部液体压强的变化量δp：

可以看出压强的变化量δp与加速度a和时间t有关，不计水头损耗，假设管道原压强为p0，溢流阀设定压强为p，那么在液压缸动作后压强为p1＝p0+δp，若p1＞p，则溢流阀动作以维持管道压强不变；若p1≤p，溢流阀不动作，但是管道内部流速发生变化对引水管道产生一定冲击，同时管道流速变化会引起较大的水头损耗，因此单液压缸的运用有一定的局限性。

当第一驱动设备m1和第二驱动设备m2同时处于三角波形式时，即控制器d仅控制第一液压缸a和第二液压缸b的活塞杆同时采用三角波形式配合运行时，将第一液压缸a和第二液压缸b内的液体经高压水池侧主管道5流入高压水池e。

单位时间第一液压缸a泵出水的体积为δva，第二液压缸b泵出水的体积为δvb，高压水池流出水的体积为δv2，单位时间总水量变化量δv为：

高压水池内液体高度的变化量δh：

高压水池底部内液体压强的变化量δp：

可以看出压强的变化量δp与最终速度v0有关，假设管道原压强为p0，在不计水头损耗的情况下，液压缸动作后压强为p1＝p0+δp，设置溢流阀压强p，令p1＝p，溢流阀不动作，同时在液压缸处于正弦波运行状态配合运行时，高压水池侧主管道5内的流速不变，不会冲击引水管道，因此液压缸交错运行优势显著。

在速度为三角波形式的控制方案；同时由于在实际工程应用中液压缸的活塞很难实现加速度骤变，将每个周期分为轴对称的上行区间和下行区间，所以在液压缸活塞杆由速度0至液压缸活塞杆速度至最大速度的上行区间内，又分为变加速阶段、匀加速阶段和变加速阶段，完成完整的近似三角波速度控制过程，其中变加速阶段为加速度增大或减小的运动。具体的，先进入上行阶段，在经过一个短暂的加速度由0渐变增大的变加速阶段后，进入匀加速阶段，随后由恒定加速度a运行至速度v后，进入另一变加速阶段；加速度随之渐变为0，上行区间运行结束，此时液压缸活塞杆速度为最大速度v0，随后再进行下行区间直至运行速度降为0，一个完整的运行周期结束。

在本实施例中，每个周期中的四个变加速阶段占一个完整的三角波控制周期的由于变化的时间很短，造成的流量波动远小于单液压缸运行的波动，冲击也大大减小，因此可以应用于工程实践中。

容易理解的是，部分补偿交错稳流策略中如图3所示的梯形波与三角波的原理和计算过程类似，区别是在上行或下行区间内的开始和结束时增加一个恒速阶段。

在本实施例中，第一液压缸a和第二液压缸b的缸体直径相等，但是通过以上公式可以知晓的是，只要第一液压缸高压侧管道1与第二液压缸高压侧管道2的流量速度互补(当管道内径相同时，管道流速之和为常数)，即可保证高压水池侧主管道5的流量稳定，因此具体所使用的液压缸型号与尺寸可以根据实际情况进行调整。

如图5所示的本发明实施例2，未描述部分与实施例1相同，

在本实施例中，并联有两路液压缸，分别是第一液压缸a与第二液压缸b，且两路液压缸都为多个经活塞杆串联(同杆串联)的子液压缸，具体的，第一液压缸a由串联在一根活塞杆上的两个截面积不同的第一子液压缸a1和第二子液压缸a2组成，第二液压缸b由串联在一根活塞杆上的两个截面积不同的第三子液压缸b1和第四子液压缸b2组成；同样设置有两个与控制器d相连的驱动设备，分别是第一驱动设备m1和第二驱动设备m2；

第一子液压缸a1和第二子液压缸a2的高压侧通过第一液压缸高压侧管道1、高压水池侧主管道5和高压水池e的液体入口顺序相连，第三子液压缸b1和第四子液压缸b2的高压侧通过第二液压缸高压侧管道2、高压水池侧主管道5与高压水池e的液体入口顺序相连，第一子液压缸a1和第二子液压缸a2的低压侧通过第一液压缸低压侧管道3、低压水池侧主管道6和低压水池c的液体出口相连，第三子液压缸b1和第四子液压缸b2的低压侧通过第二液压缸低压侧管道4、低压水池侧主管道6与低压水池c的液体出口相连。

第一驱动设备m1和第二驱动设备m2的动力输出分别与两路液压缸的活塞杆相连，第一驱动设备m1和第二驱动设备m2的电路系统都与控制器d相连，第一驱动设备m1和第二驱动设备m2的电力输入都接至外部动力源；本实施例采用交错稳流控制策略进行工作。

本实施例中，多个子液压缸在同杆串联后成为一个可变面积的液压缸，每个子液压缸的截面积可以相同也可以不同，各子液压缸的一端都通过阀门和管道与同一根高压侧管道相连，另一端通过阀门和管道与同一根低压侧管道相连，当液压缸运动至活塞行程终点时，各子液压缸左右腔与高压水池或低压水池连通的状态互换，从而推动液压缸中的活塞向相反行程方向运动，以此实现活塞往复运动。

在运行过程中，由于阀门的互换，造成子液压缸左右腔与高、低压水池的连接状态改变，进而两路液压缸各自的等效运行截面积发生改变，为此，控制器d改变两路活塞杆的控制速度，使高压水池侧主管道5内的流量依旧保持稳定。

具体的，两个经活塞杆串联的子液压缸，活塞将子液压缸内部分为左右两个腔，其中一个腔通过阀门和第一液压缸高压侧管道1与高压水池侧主管道5相连，另一个腔通过阀门和第二液压缸高压侧管道2与低压水池侧主管道6相连，

在本实施例中，某一路串联的两个子液压缸(第一子液压缸a1和第二子液压缸a2或者第三子液压缸b1和第四子液压缸b2)截面积分别为s1和s2(s1和s2可以不等也可以相等)，在运行过程中每路液压缸的等效运行截面积会因各自阀门的变化而改变；控制器d同时对两路活塞杆的运动速度进行调整，使得高压侧管道内的流量速度相互补偿。具体的，液压缸a等效运行截面积调节方式以第一驱动设备m1所连接的活塞向右运行为例，当两个子液压缸均为左腔连接高压水池，右腔连接低压水池时，该路液压缸的运行截面积为第一子液压缸a1和第二子液压缸a2的截面积和s1+s2，即管道1单位时间通过的流量为第一子液压缸a1与第二子液压缸a2单位时间泵出的流量和；当第一子液压缸a1左腔连接高压水池、右腔连接低压水池，第二子液压缸a2退出运行时，该路液压缸的运行截面积为第一子液压缸a1的截面积s1，即第一液压缸高压侧管道1单位时间通过的流量为第一子液压缸a1单位时间泵出的流量；当第二子液压缸a2左腔连接高压水池、右腔连接低压水池，第一子液压缸a1退出运行时，该路液压缸的运行截面积为第二液压缸a2的截面积s2，即第一液压缸高压侧管道1单位时间通过的流量为第二液压缸a2单位时间泵出的流量；当第一子液压缸a1左腔连接高压水池、右腔连接低压水池，第二子液压缸a2左腔连接低压水池、右腔连接高压水池时，该路液压缸的运行截面积为第一子液压缸a1与第二子液压缸a2的截面积差s1-s2，即管道1单位时间通过的流量为第一子液压缸a1与第二子液压缸a2单位时间泵出的流量差。

在本实施例中将第一子液压缸a1和第二子液压缸a2看作可变面积的第一液压缸a，将第三子液压缸b1和第四子液压缸b2看作可变面积的第二液压缸b，假设第一液压缸a和第二液压缸b的初始运行截面积相同，即sa＝sb＝s1，以三角波运行方式为例，第一液压缸a和第二液压缸b活塞杆速度表达式分别取：va＝at,vb＝v0-at，(单位：mm/s)。此时的高压水池压强变化为(参数与实施例1一致)：当时，高压水池e的压强不变；当第一液压缸a的等效运行截面积在实际运行中由s1变为s1+s2，第二液压缸b的等效运行截面积为s1不变，此时的高压水池e的压强变化为：通过控制器改变第一液压缸a活塞杆速度为仍有高压水池e的压强不变。容易理解的是，部分补偿交错稳流策略中控制器d采取三角波或梯形波时与交错稳流控制策略运行时的情况相同，具体区别在于公式中所使用运动指令的区别，详见实施例1。

在本实施例中，第一驱动设备m1、第二驱动设备m2通过压缩空气的气动缸、电动缸、直线电机、曲柄连杆机构、额外的液压驱动系统或者类似的动力设备的单个或多个的组合来实现直线机械能与其他能量的转换。

在本实施例中，水力设备g由水轮机和水泵组成，工作流程分为水力设备g发电时和抽水时两种工作状态；发电时，所述水力设备g切换为水轮机工作状态，水从所述高压水池e经所述水轮机流入所述低压水池c给电网发电；抽水时，所述水力设备g切换为水泵状态，所述低压水池c中的水经所述水泵抽入所述高压水池e。在发电时和抽水时两种工作状态中，控制器d均使用交错稳流控制策略第一驱动设备m1、第二驱动设备m2发出运动指令。水力设备g与各驱动设备、控制器d配合运行，维持高压水池e流入与流出的总流量一致，构成了稳流量、定水头的恒压网络，以实现各高压侧管道流量稳定互补，高压水池侧主管道5流量保持稳定。

当水力设备g为发电时的工作流程为：

由低压水池c流至低压水池侧主管道6的液体通过第一液压缸a低压侧管道3、第二液压缸低压侧管道4分两路分别进入第一液压缸a、第二液压缸b，控制器d通过交错稳流控制策略分别控制两个驱动设备运行，其中第一驱动设备m1与第二驱动设备m2配合运行，使得第一液压缸a与第二液压缸b中的活塞运行速度相互匹配；并行的第一液压缸高压侧管道1与第二液压缸高压侧管道2的液流汇合后在高压水池侧主管道5中达到平稳，并且最终流入高压水池e的总流量保持稳定；由高压水池e流出的液体流至水力设备g并发电，液体流回低压水池c。

当水力设备g为抽水时的工作流程为：

水力设备g将液体由低压水池c抽至高压水池e，由高压水池e流至高压水池侧主管道5的液体通过第一液压缸高压侧管道1、第二液压缸高压侧管道2分两路分别进入第一液压缸a、第二液压缸b，控制器d通过交错稳流控制策略分别控制两个驱动设备运行，其中第一驱动设备m1与第二驱动设备m2配合运行，使得两路液压缸中的活塞运行速度相互匹配；并行的第一液压缸低压侧管道3与第二液压缸低压侧管道4的液流汇合后在低压水池侧主管道6中达到平稳，并且最终流入低压水池c的总流量保持稳定。

在交错稳流控制策略的运行过程中，令控制器d采取不同波形的控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照所受到的控制器d发出的运动指令带动两路液压缸中的活塞杆运行；两路液压缸中的两根活塞杆依照速度指令运动，两根活塞杆的速度相互配合，使得由液压缸流入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成速度恒定的液流；通过控制高压水池e高压水池侧主管道5的出/入水量抑制不平稳液流可以避免工程应用中管道液流不能完全恒定的问题。具体的，第一液压缸a与第二液压缸b中两根活塞杆依照不同的速度指令交错运动，两根活塞杆的速度相互配合，使得由第一液压缸高压侧管道1和第二液压缸高压侧管道2汇入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成速度恒定的液流，从而使得高压水池e与水力设备g间的溢流阀的使用效率大大降低甚至无需使用溢流阀。

具体的，交错稳流控制策略又分为完全补偿交错稳流策略和部分补偿交错稳流策略；其中完全补偿交错稳流策略，是令控制器d采取正弦波的控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照所述控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈正弦波形变化的运动，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量在实际运行中实现平稳。

部分补偿交错稳流策略，是令控制器d采取三角波或梯形波的线性控制形式对第一驱动设备m1和第二驱动设备m2发出运动指令，驱动设备依照控制器d发出的运动指令驱动两根活塞杆作速度呈三角波变化或是梯形波变化的周期运动。在实际工程中，惯性的液压缸很难实现加速度骤变，因此在三角波变化或是梯形波变化的周期运动中加入非线性变化阶段，实现加速度的平滑过渡，非线性速度变化的全部时间不高于三角波和梯形波速度变化周期的1/10，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量实现平稳。

如图6和图7所示的本发明实施例3，未描述部分与实施例1相同；

在本实施例中，并联有三路液压缸，分别是第一液压缸a、第二液压缸b与第三液压缸a0，且三路液压缸都为单个子液压缸，因此同样用第一液压缸a、第二液压缸b与第三液压缸a0表示。每路均设置有和液压缸相对应的驱动设备组，也因此设置有三个驱动设备，分别是第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备ma0；第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备m3的动力输出分别与第一液压缸a、第二液压缸b和第三液压缸a0的活塞杆相连；每路液压缸的一端经高压水池侧主管道5共同接至高压水池e，另一端经高压水池侧主管道6共同接至低压水池c。具体的，第一液压缸a的高压侧通过第一液压缸高压侧管道1、高压水池侧主管道5和高压水池e的液体入口顺序相连，第二液压缸b的高压侧通过第二液压缸高压侧管道2、高压水池侧主管道5与高压水池e的液体入口顺序相连，第三液压缸a0的高压侧通过第三液压缸高压侧管道101、高压水池侧主管道5和高压水池e的液体入口顺序相连，第一液压缸a的低压侧通过第一液压缸低压侧管道3、低压水池侧主管道6与低压水池c的液体出口顺序相连，第二液压缸b的低压侧通过第二液压缸低压侧管道4、低压水池侧主管道6与低压水池c的液体出口顺序相连；第三液压缸a0的低压侧通过第三液压缸低压侧管道301、低压水池侧主管道6与低压水池c的液体出口顺序相连。

第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备m3的电路系统都与控制器d相连，第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备m3的电力输入都接至外部动力源；控制器d采取交错稳流控制策略对各驱动设备发出运动指令，驱动设备驱动所对应液压缸中的活塞杆工作；最终使各路液压缸流入高压水池侧主管道5的液流叠加后速度恒定，以保证在不设置溢流阀的情况下，高压水池及高压水池出水管道的压强变化仍然恒定。

在本实施例中，第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备m3通过压缩空气的气动缸、电动缸、直线电机、曲柄连杆机构、额外的液压驱动系统或者类似的动力设备的单个或多个的组合来实现直线机械能与其他能量的转换。

在本实施例中，水力设备g由水轮机和水泵组成，工作流程分为水力设备g发电时和抽水时两种工作状态；发电时，所述水力设备g切换为水轮机工作状态，水从所述高压水池e经所述水轮机流入所述低压水池c给电网发电；抽水时，所述水力设备g切换为水泵状态，所述低压水池c中的水经所述水泵抽入所述高压水池e。在发电时和抽水时两种工作状态中，控制器d均使用交错稳流控制策略对第一驱动设备m1、第二驱动设备m2和第三驱动设备m3发出运动指令，水力设备g与驱动设备、控制器d配合运行，维持高压水池e流入与流出的总流量一致，构成了稳流量、定水头的恒压网络，以实现多路液压缸的交错运行，管道流量稳定互补。

当水力设备g为发电时的工作流程为：

由低压水池c流至低压水池侧主管道6的液体通过第一液压缸低压侧管道3、第二液压缸低压侧管道4和第三液压缸低压侧管道301分三路分别进入第一液压缸a、第二液压缸b和第三液压缸a0，控制器d通过交错稳流控制策略分别控制四路驱动设备运行，其中第一驱动设备m1、第二驱动设备m2与第三驱动设备m3配合运行；并行的第一液压缸高压侧管道1、第二液压缸高压侧管道2与第三液压缸高压侧管道101的液流汇合后在高压水池侧主管道5中达到平稳；并且最终流入高压水池e的总流量保持稳定；由高压水池e流出的液体流至水力设备g并发电，液体流回低压水池c。

当水力设备g为抽水时的工作流程为：

水力设备g将液体由低压水池c抽至高压水池e，由高压水池e流至高压水池侧主管道5的液体通过第一液压缸高压侧管道1、第二液压缸高压侧管道2与第三液压缸高压侧管道101分三路分别进入第一液压缸a、第二液压缸b与第三液压缸a0；控制器d通过交错稳流控制策略分别控制四路驱动设备运行，其中第一驱动设备m1、第二驱动设备m2与第三驱动设备ma0配合运行；并行的第一液压缸低压侧管道3、第二液压缸低压侧管道4与第三液压缸低压侧管道301的液流汇合后在低压水池侧主管道6中达到平稳；并且最终流入低压水池c的总流量保持稳定。

在交错稳流控制策略的运行过程中，令控制器d采取不同波形的控制形式对三个驱动设备发出速度指令，各路驱动设备依照所受到的控制器d发出的运动指令带动各路液压缸中的活塞杆运行；每路液压缸中的活塞杆依照速度指令相互配合，使得由各路液压缸流入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成速度恒定的液流；通过控制高压水池e高压水池侧主管道5的出/入水量抑制不平稳液流可以避免因工程应用的误差而导致的管道液流不能完全恒定的问题，同时须确保高压水池e流入与流出的总流量一致。在本实施例中，第一液压缸a、第二液压缸b、第三液压缸a0的活塞杆依照速度指令运行，三个活塞杆互相配合，使得由第一液压缸高压侧管道1、第二液压缸高压侧管道2与第三液压缸高压侧管道101汇入高压水池侧主管道5的液流叠加后起到削峰填谷的效果，形成速度恒定的液流；同时高压水池e流入与流出的总流量一致；从而使得即便在多路液压缸的情况下，高压水池e与水力设备g间也无需使用溢流阀。

具体的，交错稳流控制策略又分为完全补偿交错稳流策略和部分补偿交错稳流策略；其中完全补偿交错稳流策略，是令控制器d采取正弦波的控制形式对各驱动设备发出运动指令，驱动设备依照所述控制器d发出的运动指令驱动活塞杆作速度呈正弦波形变化的运动，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量在实际运行中实现平稳。

部分补偿交错稳流策略，是令控制器d采取三角波或梯形波的线性控制形式对各驱动设备发出运动指令，驱动设备依照控制器d发出的运动指令驱动活塞杆作速度呈三角波变化或是梯形波变化的周期运动。在实际工程中，惯性的液压缸很难实现加速度骤变，因此在三角波变化或是梯形波变化的周期运动中加入非线性变化阶段，实现加速度的平滑过渡，非线性速度变化的全部时间不高于三角波和梯形波速度变化周期的1/10，进而使所述高压水池侧主管道5中的流量实现近似平稳。

具体以完全补偿交错稳流策略中正弦波运行方式为例，第一液压缸a、第二液压缸b、第三液压缸ma0活塞杆速度表达式分别取：va＝v0sint+v0，(单位：mm/s)。此时的高压水池压强变化为(参数与实施例1一致)：

可以看出，各驱动设备在交错稳流控制策略下运行，高压水池压强可保持不变。

容易理解的是，部分补偿交错稳流策略中控制器d采取三角波或梯形波时与交错稳流控制策略运行时的情况相同，具体区别在于公式中所使用运动指令的区别，详见实施例1。