專利名稱：水動(dòng)力裝置包括其陣列的功率控制協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用流體動(dòng)能發(fā)電的方法、系統(tǒng)和裝置。更特別的，本發(fā)明涉及控制、調(diào)制以及最大化水動(dòng)力裝置包括水動(dòng)力裝置陣列的功率輸出的方法、系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
流動(dòng)的洋流的動(dòng)能代表了清潔可再生能源的一個(gè)重要來源。世界海洋里的水是持續(xù)運(yùn)動(dòng)的，并且在許多地方存在著可重復(fù)的、持續(xù)且快速運(yùn)動(dòng)的洋流，其速度超過1.0米/ 秒(m/s)。洋流的例子包括墨西哥灣流(Gulf Stream)、洪堡(Humboldt)、黑潮(Kuroshio)、 厄加勒斯(Agulhas)等。這些水流源于海洋的熱量和鹽度的梯度、科氏力(Coriolis)以及其它海洋熱量輸運(yùn)機(jī)制。這些水流代表“海洋中的河流”，主要位于底部深度超過300米的大陸架區(qū)域。這樣的深度需要用鋼纜或系繩將水動(dòng)力裝置系泊到上游的固定在海床上的錨。這些洋流傾向于呈現(xiàn)反比的速度切向分布。即，流速隨深度的增加以近似線性的關(guān)系遞減。這種自由流的流動(dòng)特性提供了通過將水動(dòng)力裝置主動(dòng)定位在額定速度存在的操作深度來控制、調(diào)制和最大化能量輸出的機(jī)會(huì)，從而便于所附著的發(fā)電機(jī)輸出額定功率?，F(xiàn)有的水動(dòng)力裝置一般部署在特定深度并保持在該深度，并有可變的速度調(diào)節(jié)裝置。美國專利第US 6，091，161號(hào)公開了一種控制系留的水流驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)裝置的操作深度的方法。該裝置保持在規(guī)定的最大深度和規(guī)定的最小深度之間，并優(yōu)選的位于兩個(gè)規(guī)定深度的中點(diǎn)處。作為使用恒定深度方法的結(jié)果，該裝置必須在指定的深度范圍內(nèi)存在的任何自由流流速下操作，包括超過渦輪機(jī)的額定速度的流速，此時(shí)需要?jiǎng)恿ο鳒p和放棄；或者低于額定速度的流速，此時(shí)發(fā)電機(jī)僅能輸出部分功率。該專利公開了，例如，響應(yīng)于增加的流速，裝置將增加浮力和/或水動(dòng)升力來維持在相同的深度，從而避免被拉入更深的深度。美國專利第US 7，291，936號(hào)公開了一種全浸式發(fā)電裝置。公開的裝置采用了與美國專利第US 6，091，161號(hào)所公開的方法類似的恒定深度、可變速度的方法?！?36專利中公開的方法要求，響應(yīng)于增加的流速，通過俯仰整個(gè)裝置以及附著的水平舵翼達(dá)到更大迎角(attack angle)以增加設(shè)備的水動(dòng)升力，從而產(chǎn)生更大的水動(dòng)升力以使裝置保持在相同的深度并避免被拉入更深的深度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用流動(dòng)的水流的動(dòng)能以提供清潔的可再生能源的水動(dòng)力裝置，以及一種提供水動(dòng)力裝置的大致恒定的速度和可變深度調(diào)節(jié)的方法、系統(tǒng)和裝置，從而最大化和/或調(diào)制電力的產(chǎn)生。本發(fā)明提供了一種利用流動(dòng)的水流的動(dòng)能以提供清潔的可再生能源的方法、系統(tǒng)和水動(dòng)力裝置，以及一種穩(wěn)定水動(dòng)力裝置的俯仰(Pitch)、側(cè)翻(roll)和拖曳的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種控制包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法，該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)輸出水平；比較目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平和實(shí)際發(fā)電機(jī)輸出水平以確定誤差信號(hào)；并根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置維持目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平。水動(dòng)力裝置的深度調(diào)節(jié)可包括調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議和/或根據(jù)誤差信號(hào)改變重力、升力或阻力中的一個(gè)。當(dāng)誤差信號(hào)為零或接近零時(shí)，該方法可進(jìn)一步包括用重力等量交換升力以最小化流擾動(dòng)。換能器可包括可變控制轉(zhuǎn)子。水動(dòng)力裝置可部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)均具有換能器。所述方法可進(jìn)一步包括向控制站發(fā)送實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平的測(cè)量信號(hào)；并從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平可在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)?？筛鶕?jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成單個(gè)功率調(diào)制因子。所述方法可進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，爾后根據(jù)單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。所述方法可進(jìn)一步包括根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速確定轉(zhuǎn)子尺寸；或根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子掃掠面積。所述方法可進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；比較多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)和為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限；并且當(dāng)多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。所述故障狀態(tài)可包括將換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。所述多個(gè)參數(shù)可包括水柱中的自由流的流速；水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度；錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在；潛在災(zāi)難性氣侯事件的經(jīng)過；實(shí)際的、實(shí)時(shí)的發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種操作包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法。所述方法包括逐步增加或減少換能器與液流接合或分離的程度，并逐步改變水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)，以使水動(dòng)力裝置獲得或保持預(yù)定狀態(tài)。所述預(yù)定狀態(tài)可包括基本為零的總垂直力平衡；基本為零的總阻力平衡；或?qū)?yīng)于自由流流速的深度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種控制水動(dòng)力裝置陣列的方法，其中每個(gè)水動(dòng)力裝置含有換能器。所述方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置陣列的目標(biāo)累計(jì)功率水平；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置陣列的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平；比較目標(biāo)累計(jì)功率水平和實(shí)際累計(jì)功率輸出水平以確定誤差信號(hào)；為水動(dòng)力裝置陣列中的一個(gè)以上水動(dòng)力裝置分配功率調(diào)制因子；并根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)一個(gè)以上水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置陣列保持目標(biāo)累計(jì)功率水平。所述一個(gè)以上水動(dòng)力裝置的深度調(diào)節(jié)可包括調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。所述方法進(jìn)一步包括逐步改變水動(dòng)力裝置陣列中至少一個(gè)水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)，以使水動(dòng)力裝置獲得或保持指定的功率輸出水平。所述指定的功率輸出水平包括產(chǎn)生額定功率和功率調(diào)制因子。可通過控制站實(shí)時(shí)傳達(dá)指定的功率輸出水平。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制水動(dòng)力裝置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括隨載的控制器，用于⑴設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)狀態(tài)，(ii)監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際狀態(tài)，(iii) 比較目標(biāo)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)以確定誤差信號(hào)，以及(iv)根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度；用于利用水流動(dòng)能的換能器；以及用于使水動(dòng)力裝置保持目標(biāo)狀態(tài)的可變調(diào)控器。所述可變調(diào)控器可包括用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置重力的可變重力調(diào)控器；用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置升力的可變升力調(diào)控器；用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置阻力的可變阻力調(diào)控器；或用于調(diào)節(jié)換能器轉(zhuǎn)化動(dòng)能的比率的換能器變更調(diào)控器。所述目標(biāo)狀態(tài)可包括目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平；而實(shí)際狀態(tài)可包括實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平。所述目標(biāo)狀態(tài)可包括目標(biāo)自由流流速；而實(shí)際狀態(tài)可包括實(shí)際自由流流速。隨載控制器可進(jìn)一步用于(iv)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)，(V)比較多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)和為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限；并且(Vi)當(dāng)多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。所述故障狀態(tài)可包括將換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。所述多個(gè)參數(shù)可包括水柱中的自由流的流速；水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度；錨索的錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在；潛在災(zāi)難性氣候事件的經(jīng)過；實(shí)際的發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。系統(tǒng)中，水動(dòng)力裝置可部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)水動(dòng)力裝置均含有換能器。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括隨載的通訊裝置，用于發(fā)送實(shí)際的發(fā)電機(jī)功率輸出水平到控制站，并從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平可在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)?？筛鶕?jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成所述單個(gè)功率調(diào)制因子。所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括隨載通訊裝置，用于從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，爾后根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子控制可變調(diào)控器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種控制包含可變控制轉(zhuǎn)子的水動(dòng)力裝置的方法。該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際狀態(tài)；比較目標(biāo)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)以確定誤差信號(hào)；并根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置保持在目標(biāo)狀態(tài)，其中目標(biāo)狀態(tài)包括目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平或目標(biāo)自由流流速；而其中實(shí)際狀態(tài)包括實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平或?qū)嶋H自由流流速。水動(dòng)力裝置的深度調(diào)節(jié)可包括調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。所述方法可進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；比較多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)和為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限；并且當(dāng)多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。所述故障狀態(tài)可包括將換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。所述多個(gè)參數(shù)可包括水柱中的自由流的流速；水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度；錨索的錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在；潛在災(zāi)難性氣候事件的經(jīng)過；實(shí)際的發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。水動(dòng)力裝置可部署為水動(dòng)力裝置陣列。為此，所述方法可進(jìn)一步包括發(fā)送實(shí)際的發(fā)電機(jī)功率輸出水平測(cè)量信號(hào)到控制站；并從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平可在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)?？筛鶕?jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成單個(gè)功率調(diào)制因子。所述方法可進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，爾后根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種利用水流動(dòng)能產(chǎn)生電能的發(fā)電裝置。該裝置包括換能器，用于利用所述動(dòng)能；耦合于換能器的發(fā)電機(jī)；可變調(diào)控器，用于調(diào)整裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)；功率輸出傳感器，用于探測(cè)發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率輸出水平；以及隨載控制器，用于根據(jù)實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平和目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平之差控制可變調(diào)控器來改變裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)，以調(diào)節(jié)裝置的操作深度。所述換能器可包括可變控制轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種控制包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法。該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)自由流流速；監(jiān)測(cè)實(shí)際的自由流流速；比較目標(biāo)自由流流速和實(shí)際自由流流速以確定誤差信號(hào)；并根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置保持在目標(biāo)自由流流速。所謂調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度可包括調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。所謂調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度可包括根據(jù)誤差信號(hào)改變水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力中的一個(gè)。誤差信號(hào)可以為零或接近零，此時(shí)所述方法可進(jìn)一步包括用重力等量交換升力以最小化流擾動(dòng)。所述換能器可包括可變控制轉(zhuǎn)子。所述方法可進(jìn)一步包括根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速確定轉(zhuǎn)子尺寸；或根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子掃掠面積。所述方法可進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；比較多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)和為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限；并且當(dāng)多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。所述故障狀態(tài)可包括將換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。所述多個(gè)參數(shù)可包括水柱中的自由流的流速；水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度；錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在；潛在災(zāi)難性氣候事件的經(jīng)過；實(shí)際的、實(shí)時(shí)的發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。所述換能器可包括可變控制轉(zhuǎn)子。水動(dòng)力裝置可部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)水動(dòng)力裝置均含有換能器。在這種情況下，所述方法可進(jìn)一步包括發(fā)送實(shí)際的發(fā)電機(jī)功率輸出水平測(cè)量信號(hào)到控制站； 并從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平可在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)?？筛鶕?jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成單個(gè)功率調(diào)制因子。所述方法可進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，爾后根據(jù)單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。通過考慮以下附圖和具體實(shí)施方式
，可以展示或彰顯本發(fā)明的其他特征，優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例。此外，需要理解上述發(fā)明內(nèi)容，以下附圖和具體實(shí)施方式
均是示范性的且旨在提供進(jìn)一步的解釋，而不限定本發(fā)明的范圍。


用于進(jìn)一步理解本發(fā)明的所附附件，包括附圖，并入本說明書且構(gòu)成其一部分，演示了本發(fā)明的實(shí)施例并與具體實(shí)施方式
一起闡釋了本發(fā)明的原理。沒有試圖更詳細(xì)地展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而只展示了基本理解本發(fā)明及可用以實(shí)施的各種方式所必須的細(xì)節(jié)。 附圖中圖IA顯示了水平軸線可變槳距控制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的功率輸出的示例；圖IB顯示了洋流的自由流流速的切向反比分布的示例；圖IC顯示了一個(gè)較長時(shí)段內(nèi)某自由流流速在某深度存在的時(shí)間百分比的示例；圖2A和2B分別顯示了示例的水動(dòng)力裝置的透視圖和側(cè)視圖；圖2C顯示了功率控制程序的示例；圖2D顯示了作為替換的另一個(gè)功率控制程序的示例；圖3A顯示了圖2C中系留的水動(dòng)力裝置在以平均速度移動(dòng)的洋流中以額定速度操作的示例；圖:3B顯示了圖2C中系留的水動(dòng)力裝置在以大于平均速度的速度移動(dòng)的洋流中以額定速度操作的示例；圖3C顯示了圖2C中系留的水動(dòng)力裝置在以小于平均速度的速度移動(dòng)的洋流中以額定速度操作的示例；圖4顯示了系留的水動(dòng)力裝置操作的組合圖示的示例；圖5顯示了 THOR控制器的參數(shù)表示的示例；圖6顯示了控制洋流農(nóng)田陣列累計(jì)功率輸出的程序的示例；圖7顯示了控制洋流農(nóng)田陣列中的水動(dòng)力裝置的程序的示例；圖8顯示了控制水動(dòng)力裝置的另一個(gè)程序的示例；圖9顯示了控制水動(dòng)力裝置下潛的程序的示例；圖10顯示了控制水動(dòng)力裝置上升的程序的示例；圖11顯示了接合轉(zhuǎn)子的程序的示例；圖12顯示了分離轉(zhuǎn)子的程序的示例；圖13顯示了使轉(zhuǎn)子維持大體上空轉(zhuǎn)(idle)的程序的示例；以及圖14顯示了確定流速的程序的示例。以下具體實(shí)施方式
中將進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例及其中各種特征和優(yōu)越細(xì)節(jié)可參照所附附圖描述和/或演示的非限制性的實(shí)施例和示例得到更充分的闡釋，并在以下描述中得到詳細(xì)說明。須注意，附圖中演示的特征不一定按比例繪制，且如本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到的，一個(gè)實(shí)施例中的特征可以應(yīng)用到其他實(shí)施例中，即便本發(fā)明未加以明確陳述?？陕匀ヒ阎慕M件和加工技術(shù)以不致不必要地遮蔽本發(fā)明的實(shí)施例。此處使用的示例僅旨在幫助理解可用以實(shí)施本發(fā)明的方法并進(jìn)一步使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的示例和實(shí)施例不應(yīng)解釋成限制本發(fā)明的范圍，其定義只依賴于附加的權(quán)利要求和適用的法律法規(guī)。此外， 應(yīng)注意附圖的多個(gè)視圖中相同的附圖標(biāo)記代表相似的部件。本發(fā)明使用的“計(jì)算機(jī)(computer) ”表示能夠根據(jù)一個(gè)以上指令操作數(shù)據(jù)的任何機(jī)器，裝置，電路，組件，或模塊，或任何機(jī)器、裝置、電路、組件、模塊的系統(tǒng)等，例如，但不限于，處理器，微處理器，中央處理單元，通用計(jì)算機(jī)，超級(jí)計(jì)算機(jī)，個(gè)人電腦，膝上型計(jì)算機(jī)， 掌上電腦，筆記本電腦，臺(tái)式計(jì)算機(jī)，工作站計(jì)算機(jī)，服務(wù)器等，或處理器、微處理器、中央處理單元、通用計(jì)算機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、個(gè)人電腦、膝上型計(jì)算機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的陣列等。進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)可包括用以通過通訊鏈接通訊的電子設(shè)備。所述電子設(shè)備可包括，例如，但不限于，移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、移動(dòng)電腦、固定式計(jì)算機(jī)、智能電話、移動(dòng)站、用戶設(shè)備等。本發(fā)明使用的“網(wǎng)絡(luò)(network)”表示兩個(gè)以上的通訊鏈接的配置。網(wǎng)絡(luò)可包括， 例如，互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、城域網(wǎng)(MAN)、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)、校園區(qū)域網(wǎng)、企業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)、全球性的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(GAN)、寬帶區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(BAN)、及上述的任意組合等。 網(wǎng)絡(luò)可用于通過無線和/或有線通訊媒介來通訊。網(wǎng)絡(luò)可包括以下布局結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)或多個(gè)，包括，例如，點(diǎn)至點(diǎn)結(jié)構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)，線性總線結(jié)構(gòu)，分布式總線結(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展的星型結(jié)構(gòu)，分布式的星型結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，樹形結(jié)構(gòu)等。本發(fā)明使用的“通訊鏈接(communication link) ”表示在至少兩點(diǎn)之間傳遞數(shù)據(jù)或信息的有線、無線和/或聲波媒介。有線或無線媒介可包括，例如但不限于，金屬導(dǎo)線鏈接、射頻(RF)通訊鏈接、紅外線(IR)通訊鏈接、光通訊鏈接等。RF通訊鏈接可包括，例如， WIFI, UMAX, IEEE802. 11，DECT，0G、1G、2G、3G 或 4G 移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙等。本發(fā)明使用的術(shù)語“包含”、“包括”及其變形表示“包括，但不限于”，除非特別說明。本發(fā)明使用的術(shù)語“一(a)”、“一(an)”及“該(the) ”表示“一個(gè)以上”，除非特別說明。相互通訊的裝置不需要持續(xù)地彼此通訊，除非特別說明。此外，相互通訊的裝置可直接或通過一個(gè)以上中介間接通訊。即使對(duì)程序步驟、方法步驟、算法的說明是順序進(jìn)行的，這樣的程序、方法和算法也可依其它次序運(yùn)作。換言之，所述任何序列或次序的步驟不一定意味著所述步驟必須按照該次序執(zhí)行。此處描述的程序、方法或算法的步驟可按照任意可行的次序執(zhí)行。有些步驟還可同時(shí)進(jìn)行。此外，一個(gè)步驟可包括有一個(gè)以上子步驟在內(nèi)的程序。當(dāng)本發(fā)明描述了單個(gè)裝置或物件，將很容易看到，可使用多于一個(gè)的裝置或物件以取代單個(gè)裝置或物件。同樣，當(dāng)本發(fā)明描述了多于一個(gè)的裝置或物件，將很容易看到，可使用單個(gè)的裝置或物件以取代多于一個(gè)的裝置或物件。一個(gè)裝置的功能或特色也可由未明確說明具有如此功能或特色的一個(gè)以上其它裝置體現(xiàn)出來。本發(fā)明使用的“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(computer-readable medium) ”表示任何參與提供數(shù)據(jù)(例如，指令)的可被計(jì)算機(jī)讀取的介質(zhì)。這種介質(zhì)可采取多種形式，包括非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)、以及傳導(dǎo)介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可包括，例如，光盤或磁盤以及其他持久存儲(chǔ)器。易失性介質(zhì)可包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)。傳導(dǎo)介質(zhì)可包括同軸電纜、銅線和光纖，包括構(gòu)成耦合到處理器的系統(tǒng)總線的電線。傳導(dǎo)介質(zhì)可包括或傳導(dǎo)聲波、光波和電磁輻射，例如在射頻(RF)和紅外(IR)數(shù)據(jù)通訊中產(chǎn)生的輻射。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見形式包括，例如，軟盤，柔性碟，硬盤，磁帶，任何其他磁介質(zhì)，CD-ROM, DVD,任何其他光學(xué)介質(zhì)，打孔卡片，紙帶，任何其他帶有孔圖案的物理介質(zhì)，RAM, PROM, EPROM, FLASH-EEPR0M,任何其他存儲(chǔ)芯片或盒式磁帶，如下所述的載波，或任何其他可被計(jì)算機(jī)讀取的介質(zhì)。各種形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可參與傳送指令序列至計(jì)算機(jī)。例如，指令序列(i) 可從RAM傳送到處理器，(ii)可通過無線傳導(dǎo)介質(zhì)傳送，和/或(iii)可按照眾多的格式、 標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議格式化，包括例如，WIFI，UMAX, IEEE802. 11，DECT, 0G、1G、2G、3G或4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種保持恒定速度及改變操作深度的方法、系統(tǒng)和裝置，從而相較于目前實(shí)施的，在速度超過額定速度時(shí)常削減或放棄功率產(chǎn)出的恒定深度、可變速度的方法，實(shí)現(xiàn)了容量因子的顯著增加。所述容量因子包括在給定的時(shí)間范圍內(nèi)水動(dòng)力裝置的實(shí)際能量輸出除以該水動(dòng)力裝置的最大理論能量輸出。水動(dòng)力裝置，當(dāng)系留到上游的錨索(或繩)時(shí)，同時(shí)受到向前和向下的分力，兩者與作用在水動(dòng)力裝置上的阻力成正比。特別是，所述錨索受到包括稱為“下沉力”的垂直分力在內(nèi)的張力。該下沉力表現(xiàn)為一個(gè)向下牽拉水動(dòng)力裝置的表觀重量。下沉力與水動(dòng)力裝置的實(shí)際重力之和必須與向上作用的浮力和水動(dòng)力裝置的流體動(dòng)升力之和平衡以保持在給定的深度及自由流流速處。當(dāng)自由流流速增大時(shí)，下沉力增加，從而拉動(dòng)水動(dòng)力裝置下降，直到垂直力在更深的深度再次達(dá)到平衡。當(dāng)自由流流速減小時(shí)，下沉力減少，從而導(dǎo)致水動(dòng)力裝置上升，直到垂直力在更淺的深度再次達(dá)到平衡。由于錨索與水流矢量(水平軸) 的夾角，即所謂截角，在水動(dòng)力裝置改變深度時(shí)變得更陡(大)或更淺(小)，加上下述其它因素，下沉力改變了垂直力平衡，則水動(dòng)力裝置不一定回到額定速度出現(xiàn)的深度(“額定速度深度”)。水流矢量一般平行于水面(例如，洋面、海面、河面等等)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種水動(dòng)力裝置，響應(yīng)于發(fā)電機(jī)功率輸出和/或自由流流速的改變，通過采用作為更廣泛的功率控制程序(或協(xié)議)之一部分的深度改變程序(或協(xié)議)重獲額定自由流流速，以便所述水動(dòng)力裝置長時(shí)間保持在額定功率出現(xiàn)的深度(“額定功率深度”)。通過追蹤和重獲額定功率深度，所述水動(dòng)力裝置可增加發(fā)電量， 從而增加其容量因子。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種操作水動(dòng)力裝置的方法，可在自由流流速小于，例如，額定速度處操作所述裝置從而特意產(chǎn)生指定的部分功率輸出。為此，可控制可變重力調(diào)控器(effector)、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器和/或可包括轉(zhuǎn)子槳葉槳距角(blade pitch angle)變更調(diào)控器在內(nèi)的換能器變更調(diào)控器，以便在小于(或大于)，例如，額定速度的自由流流速的位置操作所述水動(dòng)力裝置，從而產(chǎn)生，例如，額定功率輸出、或特意指定的部分功率輸出。其它的換能器變更調(diào)控器可包括，例如，改變換能器截流面積從而接受更多(或更少)流體動(dòng)能以轉(zhuǎn)化為可用電能或動(dòng)力的機(jī)械。換能器截流面積的改變還可包括可變直徑轉(zhuǎn)子(例如，可變長度的轉(zhuǎn)子槳葉)、可變機(jī)械隔板、或位于換能器上游的用于轉(zhuǎn)移更多(或更少)流體流量進(jìn)入換能器截流區(qū)域的束流器等等。一般而言，換能器可包括任何機(jī)制以改變換能器與水流接合或分離的程度，包括處于“關(guān)(off)”狀態(tài)(完全分離)或“開(on)”狀態(tài)(完全接合)。此外，在由許多水動(dòng)力裝置形成規(guī)則(或不規(guī)則)模式陣列所構(gòu)成的洋流農(nóng)田中， 操作每個(gè)水動(dòng)力裝置的方法可用于控制、調(diào)制或最大化整個(gè)水動(dòng)力裝置陣列的累計(jì)功率輸出，以取得各種操作上的便利。為此，可通過位于水中/上(例如固定平臺(tái)，船舶等)、陸上 (例如建筑結(jié)構(gòu)，車輛等)、或空中(例如飛機(jī)，衛(wèi)星等)的控制站(未顯示)，例如THOR HQ 控制器，控制可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器和/或可包括轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器在內(nèi)的換能器變更調(diào)控器。進(jìn)一步地，可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、 可變阻力調(diào)控器和/或可包括轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器在內(nèi)的換能器變更調(diào)控器可通過每個(gè)水動(dòng)力裝置上提供的隨載主控制器(未顯示)自主控制，或由隨載主控制器響應(yīng)從控制站接收的指令信號(hào)來控制。所述控制站可用于從例如洋農(nóng)田、海農(nóng)田、河農(nóng)田等陣列中的一個(gè)以上水動(dòng)力裝置中收集電能。所述控制站可包括可位于水上或陸上的電網(wǎng)。為了解釋本發(fā)明相關(guān)的若干一般原理，圖IA顯示了功率(MW)對(duì)流速(m/s)的曲線圖，演示了相對(duì)于給定范圍的流速，現(xiàn)有的槳距調(diào)控水平軸線轉(zhuǎn)子水動(dòng)力裝置的功率輸出的示例。可見，隨著自由流的流速增加，裝置的功率輸出隨速度立方增加，直至在點(diǎn)“ 1 ”額定速度處達(dá)到額定功率。為了不過度扭轉(zhuǎn)隨載的發(fā)電機(jī)而冒損壞發(fā)電機(jī)和功率傳動(dòng)機(jī)械的風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)有的槳距調(diào)控水平軸線轉(zhuǎn)子裝置一般采用可變槳距控制轉(zhuǎn)子轂，用以在速度超過額定速度時(shí)改變轉(zhuǎn)子槳葉的槳距角度，從而削減和放棄動(dòng)力以使發(fā)電機(jī)保持額定功率(例如，點(diǎn)“1”和“2”之間)。從圖IA可以看出，任何低于額定速度的速度均可導(dǎo)致水動(dòng)力裝置的輸出小于其最大功率輸出，而任何高于額定速度的速度則一般需要例如改變驅(qū)動(dòng)隨載發(fā)電機(jī)的多個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉的槳葉槳距角的機(jī)械來削減動(dòng)力。通過在點(diǎn)“1”持續(xù)操作水動(dòng)力裝置-例如，相應(yīng)于圖IA中在額定功率和額定速度下操作所述裝置-可達(dá)到并始終不斷地保持最大能量轉(zhuǎn)化和最大容量因子。本發(fā)明公開的方法可實(shí)現(xiàn)此效果，例如，當(dāng)額定速度在裝置所在的垂直水柱中某處存在時(shí)，利用包括深度改變程序的功率控制程序促使操作深度及相應(yīng)的自由流流速改變，以便裝置在額定功率 (或指定的部分功率設(shè)定)下長時(shí)間持續(xù)操作。本發(fā)明的方法還提供了額外的重要優(yōu)勢(shì)，例如匹配換能器截流面積和額定的發(fā)電機(jī)功率水平以便在最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速達(dá)到額定功率；減少在水動(dòng)力裝置農(nóng)場(chǎng)陣列中固有的尾流損耗的影響；重獲易導(dǎo)致每個(gè)單個(gè)水動(dòng)力裝置發(fā)電機(jī)輸出降低的能量損失；增加了，例如世界洋流包括那些可能有更低速流動(dòng)水域的洋流中，可用于能量采集的區(qū)域的數(shù)目。例如，本發(fā)明的方法可匹配換能器截流面積(例如，轉(zhuǎn)子掃掠面積(S^ptarea)) 和額定發(fā)電機(jī)功率水平以便在最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速達(dá)到額定功率。相應(yīng)地，發(fā)電機(jī)的容量因子可以是選定的最頻繁出現(xiàn)的速度的出現(xiàn)頻率的函數(shù)。為此， 水動(dòng)力裝置可被設(shè)計(jì)為單一設(shè)計(jì)狀態(tài)，例如，單個(gè)自由流流速，從而簡化了設(shè)計(jì)和操作要求。
圖IB顯示了在海洋區(qū)域內(nèi)深度(m)對(duì)流速(m/s)的示例圖。該圖是從針對(duì)多年典型洋流行為的聲學(xué)多普勒流速儀(ADCP)獲得的自由流流速的數(shù)據(jù)匯編的統(tǒng)計(jì)表示。為了進(jìn)一步闡明上述問題，平均自由流流速被視為相對(duì)于深度線性單調(diào)遞減-即前述“反向速度切分布”。圖IB還顯示了可不時(shí)改變的自由流流速的標(biāo)準(zhǔn)偏差的界限。
圖IC顯示了典型洋流中在某任意深度出現(xiàn)的速度的時(shí)間百分比(％ )對(duì)流速(m/ s)的曲線圖。圖IC中，源于ADCP的數(shù)據(jù)在所述垂直水柱某任意深度處的最頻繁出現(xiàn)的單個(gè)自由流流速(稱為單峰速度)處顯示出單一峰值。通過選擇裝置的額定速度以相當(dāng)于圖 IC中的的單峰速度，然后相應(yīng)地確定轉(zhuǎn)子直徑的尺寸以達(dá)到期望的額定功率輸出，并使用包括本發(fā)明的深度改變程序的功率控制程序，所述水動(dòng)力裝置可長時(shí)間在，例如圖IA的點(diǎn) “ 1，，所描述的額定功率下操作。
可匯編ADCP的歷史數(shù)據(jù)并用以計(jì)算采用本發(fā)明方法的裝置所需的上升(或下降) 的平均速率，以便其中在自由流流速不時(shí)波動(dòng)時(shí)重獲額定功率深度(或指定的部分功率深度)。例如，測(cè)得的歷史數(shù)據(jù)可表明大約98%的時(shí)間，可能需要例如小于約10英尺每分鐘 (fpm)的上升或下降速率以便重獲額定功率深度。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的方法可降低水動(dòng)力裝置的農(nóng)田陣列中固有的任何尾流損耗的影響。水動(dòng)力裝置的農(nóng)田陣列的某些布置中可包含固有的尾流損耗，其中的裝置彼此間距近到下游的水動(dòng)力裝置可在侵入該下游裝置換能器截流區(qū)內(nèi)的上游裝置的尾流中感受到流速減少的水流?？赏ㄟ^例如，使用包括本發(fā)明的深度改變程序的功率控制程序在稍淺 (或深)的深度操作下游的水動(dòng)力裝置并恢復(fù)額定速度以產(chǎn)生額定功率，來降低或消除尾流損耗的影響。事實(shí)上，使用本發(fā)明的方法，下游的水動(dòng)力裝置可自然地在較上游相鄰裝置稍淺的深度操作。因此使用本發(fā)明方法的水動(dòng)力裝置陣列可具有階梯狀深度，下游相繼的每一排裝置位于較緊鄰的上游一排裝置稍淺的深度。
此外，本發(fā)明的方法可重獲易導(dǎo)致，例如農(nóng)田陣列中，每個(gè)單個(gè)水動(dòng)力裝置發(fā)電機(jī)的輸出降低的損耗能量。為此，可簡單地通過使用本發(fā)明的功率控制程序，在稍淺(或深) 深度上操作每個(gè)水動(dòng)力裝置并由此獲得稍高的自由流流速以產(chǎn)生額定功率輸出，來重獲易導(dǎo)致每個(gè)單個(gè)水動(dòng)力裝置發(fā)電機(jī)輸出降低的能量損失。所述能量損失可包括，例如，機(jī)械設(shè)計(jì)中固有的發(fā)電機(jī)效率損失，運(yùn)動(dòng)水流的動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，或其它可通過在稍高自由流流速中操作重獲的能量損失。
本發(fā)明的方法還可增加例如世界洋流，包括可能有更低速流動(dòng)水體的區(qū)域中，能部署水動(dòng)力裝置陣列的可用區(qū)域的數(shù)目。采用本發(fā)明的方法，更多的世界洋流，包括那些可能有更低速流動(dòng)水域的洋流，變得更適宜于大規(guī)模功率生產(chǎn)。由于換能器截流面積和額定發(fā)電機(jī)功率輸出水平之間的關(guān)系可優(yōu)化到單峰速度(例如，圖IC中點(diǎn)4所示)，在慢得多的運(yùn)動(dòng)水流中，可構(gòu)造具有更大換能器截流面積(更大轉(zhuǎn)子直徑)的新型水動(dòng)力裝置以產(chǎn)生額定功率，而不必在更高速度時(shí)放棄功率產(chǎn)出。既然本發(fā)明允許在無需應(yīng)付高于發(fā)電機(jī)額定速度的自由流流速時(shí)控制水動(dòng)力裝置換能器(例如，轉(zhuǎn)子)和匹配的發(fā)電機(jī)，可利用換能器的更大的截流面積例如，更大的轉(zhuǎn)子掃掠面積或更大的直徑，在較低的自由流流速達(dá)到額定功率，而無須削減或放棄功率產(chǎn)出或采用換能器(轉(zhuǎn)子)“斷開(cut-out)”來維持動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)械的完好。
圖2A和2B分別顯示了示例的水動(dòng)力裝置100的透視圖和側(cè)視圖。水動(dòng)力裝置 100可具有位于裝置的重力中心(“CG”)上面以及上游的浮力中心(“CB”)。水動(dòng)力裝置 100包含機(jī)身101、轉(zhuǎn)子109和發(fā)電機(jī)(未示出)。水動(dòng)力裝置100可包括龍骨105、龍骨柱體111、水動(dòng)力翼106、和挽具102。水動(dòng)力裝置100還包括隨載主控制器(未示出)，其中包括計(jì)算機(jī)(未示出)。隨載主控制器(例如，“TH0R控制器”)可包括發(fā)射器、接收器或收發(fā)器(未示出)。水動(dòng)力裝置100可包括一個(gè)以上傳感器用以探測(cè)周邊環(huán)境例如，水溫、壓力、深度、物體(例如，其它水動(dòng)力裝置、哺乳動(dòng)物、魚，船只等)的接近、水流的速度和/或方向等。進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子109可包括隨載輪轂控制器(未示出)和收發(fā)器。所述水動(dòng)力裝置可包括可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器和/或換能器變更調(diào)控器例如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器。
可變重力調(diào)控器可包括，例如，一個(gè)以上位于機(jī)身101內(nèi)、可交替注入或排出水以調(diào)節(jié)重力和水動(dòng)力裝置100的重心位置的內(nèi)部壓載艙(未示出)。機(jī)身101可提供水動(dòng)力裝置100的浮力的主要部分。水動(dòng)力裝置100可進(jìn)一步包括加重的腹部龍骨105，以提供定向排列和促使水動(dòng)力裝置100偏轉(zhuǎn)到自由流水流方向。龍骨105可包括安裝在龍骨105末端的龍骨柱體111，其中可包括配重以使龍骨105作為加重錘來對(duì)抗轉(zhuǎn)子109產(chǎn)生的任何不利的扭矩。
可變升力調(diào)控器可包括，例如，翼106，其中可包括可調(diào)節(jié)的入射角。翼106可包括帶有可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角的后緣控制面升降舵(未示出)?？筛淖兛烧{(diào)節(jié)的入射角和/或升降舵偏轉(zhuǎn)角以增加水動(dòng)升力或產(chǎn)生下壓力。
可變阻力調(diào)控器可包括，例如，可附著于龍骨105后緣附近的分裂式阻力板112。 阻力調(diào)控器可用于產(chǎn)生阻力。在分裂式阻力板的情況下，所述板可同時(shí)向外大幅偏轉(zhuǎn)以相對(duì)水流流動(dòng)呈現(xiàn)大的正面面積來產(chǎn)生阻力，或向內(nèi)收回以減少正面面積來減小阻力。
換能器變更調(diào)控器可包括，例如，耦合于隨載的發(fā)電機(jī)(未示出)的下游水平軸線可變槳距控制轉(zhuǎn)子轂108，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉107的轉(zhuǎn)子槳葉槳距角的改變，從而使轉(zhuǎn)子 109以工作狀態(tài)與水流相結(jié)合(例如，如圖2A所示)或在非工作的完全順槳狀態(tài)與水流分離(例如，如圖4狀態(tài)A或狀態(tài)B所示)。其它的換能器變更調(diào)控器可包括，例如，改變換能器截流面積從而接受更多(或更少)流動(dòng)流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為可使用的電能或功率的機(jī)械。 換能器截流面積的改變還可包括可變直徑轉(zhuǎn)子(例如，可變長度的轉(zhuǎn)子槳葉)，可變機(jī)械隔板，或位于換能器上游的用于轉(zhuǎn)移更多(或更少)流體流量進(jìn)入換能器截流區(qū)的束流器等。 換能器可進(jìn)一步包括與水流接合或分離的機(jī)制，其中可包括，例如，通過關(guān)閉換能器整個(gè)截流區(qū)來與水流分離從而舍棄流入的全部流體動(dòng)能，或通過打開截流區(qū)任何先前未工作的區(qū)域以與水流接合。
挽具102可包括，例如，萬向節(jié)系泊挽具，允許水動(dòng)力裝置100在受到附加的系牢到例如錨104的錨索103約束的同時(shí)繞系泊點(diǎn)自由俯仰和左右偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。一對(duì)正交參考線 110顯示了一對(duì)錨104相對(duì)于水流方向C的部署位置的示例。
圖2B顯示了垂直運(yùn)動(dòng)自由度120和錨索截角121的示例。錨索截角121隨水動(dòng)力裝置100的操作深度改變，進(jìn)而改變每個(gè)深度處下沉力的大小。
水動(dòng)力裝置100被配置為模式化部署陣列或農(nóng)田陣列。在給定的農(nóng)田陣列中，相鄰的水動(dòng)力裝置100可共用錨104。每個(gè)隨載發(fā)電機(jī)(未示出)產(chǎn)生的功率可傳輸?shù)嚼纾?相鄰的水動(dòng)力裝置100或者一個(gè)以上位于水中或陸上的控制站(未示出)，用以在將電力傳送到例如位于水上或陸上的電網(wǎng)之前從每個(gè)水動(dòng)力裝置100收集電能。電力可通過電纜 (未示出)傳輸?shù)较噜徰b置100或者一個(gè)以上控制站，所述電纜可附接到例如，錨索103。
水動(dòng)力裝置100可包括，例如，在共同待決的作為即時(shí)申請(qǐng)同日提交，且名稱為 "PITCH, ROLL AND DRAG STABILIZATION OF A TETHEREDHYDROKINETIC DEVICE(系留的水動(dòng)力裝置的俯仰、側(cè)翻和拖曳穩(wěn)定)”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No._(代理人Dkt.No. 2056997-5004US)中所描述的水動(dòng)力裝置和操作水動(dòng)力裝置的方法，其公開的全文通過援弓I并入本申請(qǐng)并完全如同在此進(jìn)行了詳盡闡釋。
進(jìn)一步地，水動(dòng)力裝置100可包括在共同待決的作為即時(shí)申請(qǐng)同日提交，名稱為 "VARIABLE CONTROL ROTOR HUB WITH SELF-CONTAINEDENERGY STORAGE RESERVOIR(帶有自容式能量存儲(chǔ)庫的可變控制轉(zhuǎn)子轂)，，的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No._(代理人Dkt.No. 2056997-5005US)中所描述的轉(zhuǎn)子和操作轉(zhuǎn)子的方法，其公開的全文通過援引并入本申請(qǐng)并完全如同在此進(jìn)行了詳盡闡釋。
水動(dòng)力裝置100可通過系泊系統(tǒng)，例如，在共同待決的作為即時(shí)申請(qǐng)同日提交， 名稱為"MOORING SYSTEM FOR A TETHERED HYDROKINETIC ANDAN ARRAY THEREOF (系留的水動(dòng)力裝置及其陣列的系泊系統(tǒng))的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No._(代理人Dkt.No. 2056997-5006US)中所描述的系泊系統(tǒng)來保持在水中，其公開的全文通過援引并入本申請(qǐng)并完全如同在此進(jìn)行了詳盡闡釋。
除(或代替)上述為了實(shí)施本發(fā)明方法的改變重力、升力和阻力的機(jī)制的示例，水動(dòng)力裝置100可配備可被本領(lǐng)域一般技術(shù)人員懂得的其他機(jī)制來實(shí)現(xiàn)重力、升力和阻力的改變。進(jìn)一步地，換能器可為可變槳距控制轉(zhuǎn)子轂或其它能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為可用電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，該能量轉(zhuǎn)化裝置同樣具備與流體結(jié)合和分離的裝置。
在沿方向C流動(dòng)的自由流中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水動(dòng)力裝置100可采用前述可變重力調(diào)控器、 可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器和/或換能器變更調(diào)控器來改變重力、升力和阻力以實(shí)施本發(fā)明的方法來長時(shí)間保持在額定功率深度。如上文所述，換能器變更調(diào)控器可包括轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器。伴隨著自由流狀況的改變，或水密度隨溫度和/或鹽度的改變， 水動(dòng)力裝置100的額定功率深度可不時(shí)改變。水動(dòng)力裝置100可構(gòu)造為通過包括例如如圖 7所述的深度改變程序的功率控制程序追蹤和重獲額定功率深度。隨載主控制器(例如， THOR控制器)采用包括深度改變程序的功率控制程序，在操作進(jìn)行的深度范圍內(nèi)通過控制水動(dòng)力裝置100的重力、升力和/或阻力大小來施加主動(dòng)控制權(quán)。
圖2C顯示了功率控制程序350的示例，可通過例如隨載主控制器、其它水動(dòng)力裝置的隨載主控制器、或位于控制站的計(jì)算機(jī)(例如，“TH0R HQ”控制器)執(zhí)行，以便水動(dòng)力裝置100維持預(yù)定的功率輸出水平。最初，設(shè)定特定水動(dòng)力裝置100的目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平(步驟352)。監(jiān)測(cè)隨載發(fā)電機(jī)(未示出)的功率輸出以持續(xù)(或間斷)地探測(cè)實(shí)時(shí)(或加權(quán)平均)的發(fā)電機(jī)功率輸出水平(步驟354)。確定探測(cè)到的功率輸出水平是否大于、小于、或等于目標(biāo)功率輸出水平(步驟356)。
或者，可設(shè)定目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平的范圍(步驟352)并比較探測(cè)到的實(shí)時(shí)功率輸出水平(步驟354)和目標(biāo)功率輸出水平的范圍以確定探測(cè)到的功率輸出水平是否大于、小于、或等于目標(biāo)功率輸出水平的范圍(步驟356)。
如果確定實(shí)時(shí)的功率輸出水平不等于目標(biāo)功率輸出水平(或范圍)(步驟356的 “否”)，則可調(diào)用深度改變程序以使水動(dòng)力裝置100維持目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平(步驟 358)，否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的功率輸出水平(步驟356的“是”，然后步驟352)。
圖2D顯示了作為替換的另一個(gè)功率控制程序360的示例，可通過例如隨載主控制器、其它水動(dòng)力裝置的隨載主控制器、或位于控制站的計(jì)算機(jī)(例如，THOR控制器)執(zhí)行， 以使水動(dòng)力裝置100維持預(yù)定的功率輸出水平。最初，設(shè)定將(或已)部署水動(dòng)力裝置100 的特定區(qū)域的目標(biāo)自由流流速(步驟36 ?？杀O(jiān)測(cè)自由流流速以持續(xù)(或間斷)地探測(cè)基本上實(shí)時(shí)(或加權(quán)平均)的水動(dòng)力裝置感受到的自由流流速(步驟364)。確定探測(cè)到的實(shí)時(shí)自由流流速是否大于、小于、或等于目標(biāo)自由流流速(步驟366)。
或者，可設(shè)定目標(biāo)自由流流速的范圍(步驟362)并比較探測(cè)到的實(shí)時(shí)(或加權(quán)平均)的自由流流速(步驟364)和目標(biāo)自由流流速的范圍以確定探測(cè)到的自由流流速是否大于、小于、或等于目標(biāo)自由流流速的范圍(步驟366)。
如果確定實(shí)時(shí)的自由流流速不等于目標(biāo)自由流流速(或范圍)(步驟366的 “否”)，則可調(diào)用深度改變程序以使水動(dòng)力裝置100保持在目標(biāo)自由流流速(步驟368)，否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的自由流流速(步驟366的“是”，然后步驟362)。
THOR控制器可采用其它方法來實(shí)施水動(dòng)力裝置100的操作，包括例如，下沉、上升、空轉(zhuǎn)(idle)以及轉(zhuǎn)子接合和轉(zhuǎn)子分離的過渡程序(或協(xié)議)。這些方法是帶有深度改變程序的功率控制程序的補(bǔ)充。根據(jù)本發(fā)明的說明，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將明顯看到，可采用這些其它方法來提供操作上的便利。
如上文所述，當(dāng)系留到上游的錨索(或繩)103時(shí)，水動(dòng)力裝置100同時(shí)受到向前和向下的分力，以下方程(1)提供了垂直力縱傾的關(guān)系的示例。特別地，方程(1)提供了作用在水動(dòng)力裝置100上的各力的關(guān)系的示例，所述各力應(yīng)當(dāng)平衡以使裝置100維持在垂直水柱的特定位置
B+L = W+(1/2 P V2) (Ct) (Arotor) (Tan(a)) (1)
以下方程(2)表示了能量(或功率)產(chǎn)量和運(yùn)動(dòng)流體間的關(guān)系
P= (1/2 P V3) (Cp) (Arotor) (2)
其中
B =浮升力
L =水動(dòng)升力
W=水動(dòng)力裝置的重力
ρ =海水密度
V =自由流流速
Ct =轉(zhuǎn)子阻力系數(shù)
Cp=轉(zhuǎn)子動(dòng)力系數(shù)
Arotori ^)=轉(zhuǎn)子掃掠面積
Tan (a)=錨索截角的正切
P=功率輸出
從上述方程(1)可明顯得出，由于水動(dòng)力裝置100在垂直水柱中被流體位移產(chǎn)生的浮力(“B”)和翼產(chǎn)生的升力(“L”)向上抬起，并被重力(“W”)和下沉力的合力向下牽拉，所述水動(dòng)力裝置100可達(dá)到簡單的垂直力平衡。下沉力可按其分力組成展開，為了說明，僅包括了工作轉(zhuǎn)子對(duì)下沉力的貢獻(xiàn)。
通過檢查方程(1)，很明顯對(duì)于給定的自由流流速(“初始速度”)、海水密度和錨索截角，且將其它變量視為常數(shù)，通過調(diào)節(jié)重力和水動(dòng)升力，水動(dòng)力裝置100可在初始速度的恒定深度處保持垂直力平衡。然后，自由流流速的增加可導(dǎo)致方程(1)右手邊的下沉力增加，水動(dòng)力裝置100可下沉并被下沉力進(jìn)一步向下拉動(dòng)，并在使方程(1)左右兩側(cè)相等的新的深度處穩(wěn)定下來。然而，由于錨索截角減小以及其他因素，新的深度處的自由流可能具有比之前初始深度處更高的流速。例如，在約350米的總深度中發(fā)生約100米的深度改變時(shí)，錨索截角的這種減小可能是相當(dāng)顯著的。因此，為使水動(dòng)力裝置100返回到初始自由流流速，必需增加水動(dòng)力裝置100的重力并減少其升力，必要時(shí)包括增加水動(dòng)下壓力，從而使水動(dòng)力裝置100可進(jìn)一步下降以重獲初始自由流流速并在較深的深度停止垂直運(yùn)動(dòng)。
相反地，對(duì)于自由流流速自初始速度的減小，可發(fā)生一系列類似的事件，但水動(dòng)力裝置100反而可能將上升。因此，為使水動(dòng)力裝置100返回到初始速度，必需減少水動(dòng)力裝置100的重力并增加水動(dòng)力裝置100的升力，從而使水動(dòng)力裝置100可進(jìn)一步上升以重獲初始速度并在較淺的深度停止垂直運(yùn)動(dòng)。既然發(fā)電機(jī)功率輸出水平可能是水動(dòng)力裝置100 上最理想的控制參數(shù)，而功率輸出水平正比于自由流流速以及，例如，海水密度，則調(diào)節(jié)深度以重獲額定功率深度而非額定速度深度的做法更為有利。
進(jìn)一步地，方程( 表達(dá)了能量產(chǎn)出和來自水平軸向式轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)流體的關(guān)系。 如上所述，小于額定速度的自由流流速可導(dǎo)致水動(dòng)力裝置100的輸出小于額定功率輸出。 結(jié)合前述流速的切向反比分布，小于額定速度的自由流流速發(fā)生在深于額定功率深度處。 因此，本發(fā)明的另一個(gè)重要方面即，在深于額定功率深度處的主動(dòng)深度控制可提供功率調(diào)制和功率輸出控制。
根據(jù)本發(fā)明的原理，圖3A-3C顯示了系留的水動(dòng)力裝置100運(yùn)作的各種示例。特別是，圖3A顯示了系留的水動(dòng)力裝置100在以平均速度移動(dòng)的洋流中以額定速度運(yùn)作的示例；圖:3B顯示了系留的水動(dòng)力裝置100在以大于平均速度的速度移動(dòng)的洋流中以額定速度運(yùn)作的示例；而圖3C顯示了系留的水動(dòng)力裝置100在以小于平均速度的速度移動(dòng)的洋流中以額定速度運(yùn)作的示例。
參見圖3A，水動(dòng)力裝置100栓附于上游錨索并在平均速度切向反比分布的自由流狀況305中運(yùn)作。在這種情況下，水動(dòng)力裝置100在額定速度301出現(xiàn)的位置300，例如，圖 3A所示約100米處，以其額定功率運(yùn)作。上游錨索(或繩)與水流矢量C的水平分量(或水平軸線)間形成截角302。在圖3A所示的示例中，水動(dòng)力裝置100以平衡的垂直力靜止于垂直平面。
參見圖3B，當(dāng)自由流流速增加到更快的狀況，水動(dòng)力裝置100被動(dòng)地下降到約125 米深度處的位置314，從而導(dǎo)致截角302減小到新的角度312，并且減小了下沉力呈現(xiàn)的表觀重量。為了重獲額定速度和/或箭頭311所示，現(xiàn)在約150米處的額定功率深度，水動(dòng)力裝置100需要調(diào)節(jié)運(yùn)作深度并增加壓載和/或增加翼上的下壓力，或減少翼所帶升力的量， 以額外下沉25米到達(dá)額定速度311出現(xiàn)的位置310。
既然發(fā)電機(jī)輸出功率是主要控制變量并且因?yàn)樗疁鼗螓}度及由此的水密度可在深度改變調(diào)節(jié)中發(fā)生改變，結(jié)合前述其它原因，功率控制程序的執(zhí)行中使用發(fā)電機(jī)功率輸出作為主要反饋?zhàn)兞渴怯欣??？墒褂美绻β士刂瞥绦?50(圖2C所示)實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力裝置100恢復(fù)額定功率輸出或小于額定功率輸出的特意的部分功率輸出的過程。
或者，自由流流速也可作為功率控制程序執(zhí)行中的主要或第二反饋?zhàn)兞?。為此，可使用功率控制程?60 (圖2D所示)實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力裝置100恢復(fù)額定功率輸出或特意的部分功率輸出的過程。目標(biāo)自由流流速可以是額定速度或針對(duì)特意的部分功率輸出的小于額定速度的目標(biāo)自由流流速。在帶有深度改變算法的功率控制程序中使用速度和功率二者的結(jié)合作為反饋?zhàn)兞恳彩怯欣摹?br> 參見圖3C，相反地，當(dāng)自由流流速減小到更慢的狀況，水動(dòng)力裝置100可被動(dòng)地上升到約75米深度處的位置324，導(dǎo)致截角增加到新的角度322，并且增加了下沉力呈現(xiàn)的表觀重量。為了重獲額定速度深度和/或箭頭321所示，現(xiàn)在約50米處的額定功率深度，水動(dòng)力裝置100可能需要調(diào)節(jié)運(yùn)作深度并，例如，卸載壓載和/或增加翼上的升力，或減少翼所帶下壓力的量，以額外上升25米到達(dá)額定速度321出現(xiàn)的位置320。
既然發(fā)電機(jī)輸出功率是主要控制變量并且因?yàn)樗疁鼗螓}度及由此的水密度可在深度改變調(diào)節(jié)中發(fā)生改變，結(jié)合前述其它原因，功率控制程序的執(zhí)行中使用發(fā)電機(jī)功率輸出作為主要反饋?zhàn)兞渴怯欣??？墒褂霉β士刂瞥绦?50(圖2C所示)實(shí)施水動(dòng)力裝置 100恢復(fù)額定功率輸出或特意的部分功率輸出的方法。
或者，自由流流速也可作為功率控制程序執(zhí)行中的主要或第二反饋?zhàn)兞?。為此，可使用功率控制程?60 (圖2D所示)實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力裝置100恢復(fù)額定功率輸出或特意的部分功率輸出的過程。目標(biāo)自由流流速可以是額定速度或針對(duì)特意的部分功率輸出的小于額定速度的目標(biāo)自由流流速。在帶有深度改變算法的功率控制程序中使用速度和功率二者的結(jié)合作為反饋?zhàn)兞恳彩怯欣摹?br> 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明原理的系留的水動(dòng)力裝置100運(yùn)作的組合圖示的示例。特別是，圖4顯示了從左向右流動(dòng)的速度切向反比分布的自由流狀況431和操作水動(dòng)力裝置 100的各種狀態(tài)(例如狀態(tài)A，B，及C)，以及各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換方法。通常，水動(dòng)力裝置100 的THOR控制器如上所述可產(chǎn)生重力、升力和阻力的改變，以將水動(dòng)力裝置100定位于每個(gè)狀態(tài)，以及使水動(dòng)力裝置100在狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步地，每當(dāng)換能器與水流接合，例如轉(zhuǎn)子109處于轉(zhuǎn)子槳葉傾斜到工作狀態(tài)隨轂108轉(zhuǎn)動(dòng)的接合位置，阻力板112可完全收回呈低阻力或無阻力的狀態(tài)；而每當(dāng)換能器與水流分離，例如轉(zhuǎn)子109處于轉(zhuǎn)子槳葉傾斜到完全順槳狀態(tài)且轂108可停轉(zhuǎn)的非工作的分離位置，阻力板112可部分展開呈小于高阻力狀態(tài)，或完全展開呈高阻力狀態(tài)。
在狀態(tài)A，水動(dòng)力裝置100處于半潛狀態(tài)400，其中壓載艙處于低填充、低重力的狀態(tài)401而翼106處于水面以上基本為零的入射位置402。阻力板112部分展開呈狀態(tài)403， 而轉(zhuǎn)子109與水流分離并保持在非工作的狀態(tài)404。在這種狀態(tài)(A)下，水動(dòng)力裝置100可從水面船舶獲得服務(wù)或可在極低速水流情況下空轉(zhuǎn)。為避免碰撞危險(xiǎn)，位置的急速前沖或在例如，洋流農(nóng)田陣列中，與相鄰的水動(dòng)力裝置發(fā)生錨索纏結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，阻力板112可部分展開呈狀態(tài)403以張緊錨索。然而，阻力板112不應(yīng)該展開到高阻力狀態(tài)，以免導(dǎo)致水動(dòng)力裝置100下降到水面以下。
為了從狀態(tài)A移動(dòng)到狀態(tài)B，可調(diào)用下潛程序(或協(xié)議)900(圖9所示)且阻力板112可展開到例如，完全展開位置413以增加下沉力并拉動(dòng)水動(dòng)力裝置100到水面以下的位置410。壓載艙可充滿水至填充狀態(tài)411且一旦低于水面即可偏轉(zhuǎn)(或調(diào)節(jié))翼106 至具有負(fù)入射角的位置412，從而產(chǎn)生額外的下壓力，在轉(zhuǎn)子109保持分離狀態(tài)414的同時(shí)促使水動(dòng)力裝置100進(jìn)一步下降。當(dāng)轉(zhuǎn)子保持與水流分離，翼106產(chǎn)生的下壓力，壓載艙引入的額外的重力以及來自展開的阻力板112的更高阻力產(chǎn)生的下沉力的增加之和可促使水動(dòng)力裝置100進(jìn)一步下降。在額定速度430出現(xiàn)的深度或其略淺處，下潛成功完成并到達(dá)狀態(tài)B。
為了從狀態(tài)B移動(dòng)到狀態(tài)C，可調(diào)用轉(zhuǎn)子(換能器)接合轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)1100 (圖11所示)。在轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序中，轉(zhuǎn)子109從分離狀態(tài)414轉(zhuǎn)換到接合狀態(tài) 424，使阻力隨轉(zhuǎn)子槳葉接近工作槳距角而顯著增加，且下沉力因此逐步增加。隨著阻力和下沉力增加以及轉(zhuǎn)子109進(jìn)入工作狀態(tài)424，可按照一定速率逐步收回阻力板112到零阻力狀態(tài)423，逐步傾斜翼106到無負(fù)荷狀態(tài)422，并卸載壓載艙的壓載到狀態(tài)421，在該速率下， 轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序在恒定深度或恒定自由流流速下發(fā)生，兩者均有賴于垂直力凈和為零的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)子109在槳葉完全與水流接合的情況下旋轉(zhuǎn)且阻力板112完全收回時(shí)，轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序完成。在新取得的位置420，水動(dòng)力裝置100可以狀態(tài)C運(yùn)作并產(chǎn)生等于或接近額定功率的輸出。
在狀態(tài)C，可調(diào)用包括深度改變程序的功率控制程序350(圖2C所示，或圖2D所示的360，或圖8所示的800)，且借助于翼和壓載艙，水動(dòng)力裝置100可響應(yīng)自由流狀況的改變調(diào)節(jié)其運(yùn)作深度，以持續(xù)追蹤和重獲額定功率深度。轉(zhuǎn)子109持續(xù)工作時(shí)，可保持阻力板 112呈完全收回狀態(tài)423。
或者，例如，在海洋農(nóng)田陣列中，可賦予海洋農(nóng)場(chǎng)陣列中的每個(gè)水動(dòng)力裝置100 — 個(gè)功率調(diào)制因子，該功率調(diào)制因子表示每個(gè)水動(dòng)力裝置100輸出占其額定功率的百分比。 如果如此賦值，且該功率調(diào)制因子小于約100%，水動(dòng)力裝置100可追蹤和重獲發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)指定部分功率設(shè)定的深度(“指定部分功率深度”)。使用所賦功率調(diào)制因子的特意的部分功率操作可針對(duì)整個(gè)洋流農(nóng)田陣列或農(nóng)田陣列中全部水動(dòng)力裝置100的一部分提供功率控制和/或調(diào)制。
極高速的水流可傾向于迫使水動(dòng)力裝置100下沉到例如，最大結(jié)構(gòu)崩潰深度之下，或者極低速的水流可傾向于將水動(dòng)力裝置100帶到淺處，致使例如，轉(zhuǎn)子槳葉端部過度空化或甚至貫穿并延伸到水面之上。上述現(xiàn)象可導(dǎo)致功率控制程序中操作無意終止。如果被這樣極高或極低速的水流無意終止，水動(dòng)力裝置100可調(diào)用上升程序(或協(xié)議)1000 (圖 10所示)或空轉(zhuǎn)程序(或協(xié)議)1300 (圖13所示)，在轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序完成之后，上升到水面或可保持空轉(zhuǎn)的臨時(shí)深度。在空轉(zhuǎn)程序(或協(xié)議)中，水動(dòng)力裝置100可采用聲學(xué)多普勒流速儀(ADCP)查詢程序(或協(xié)議)來探測(cè)垂直水柱以獲得額定速度的反饋。兩種情況下，水動(dòng)力裝置100均可等待異常環(huán)境現(xiàn)象消失后再下潛，接合，或者使用功率控制程序進(jìn)一步運(yùn)作。
為了從狀態(tài)C移動(dòng)到狀態(tài)B，可按照與轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序類似但相反的方式調(diào)用轉(zhuǎn)子(換能器)分離轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)1200 (圖12所示)。在轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序中，轉(zhuǎn)子 109從接合的工作狀態(tài)4M轉(zhuǎn)換到分離的非工作狀態(tài)414，使阻力隨轉(zhuǎn)子槳葉槳距角接近非工作的完全順槳狀態(tài)404而顯著減小，且因此可逐步撤銷阻力和下沉力。當(dāng)轉(zhuǎn)子109從水流分離，阻力和下沉力減小，阻力板112可從完全收回狀態(tài)423逐步展開到高阻力狀態(tài)413。 進(jìn)一步地，翼106可從無負(fù)荷狀態(tài)422逐步傾斜到負(fù)入射角狀態(tài)412以產(chǎn)生下壓力。更進(jìn)一步地，壓載艙的壓載可按照一定速率從部分填充狀態(tài)421增加到填充狀態(tài)411，在該速率下，轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序在恒定深度或恒定自由流流速下發(fā)生，兩者均有賴于垂直力凈和為零的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)子109停住且槳葉處于完全順槳的非工作狀態(tài)414，且阻力板112展開呈高阻力狀態(tài)413時(shí)，轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序完成。水動(dòng)力裝置100保持無功率產(chǎn)出的空轉(zhuǎn)，并通過由例如，壓載艙，翼106和阻力板112分別實(shí)現(xiàn)的重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)保持在位置410。
為了保持在狀態(tài)B，可調(diào)用并執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序(或協(xié)議)。在空轉(zhuǎn)程序中，通過上述重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)，水動(dòng)力裝置100可保持在指定深度410，或?qū)?yīng)于指定自由流流速的可變深度，而轉(zhuǎn)子109處于分離狀態(tài)414且發(fā)電機(jī)無功率產(chǎn)出?？沙鲇诟鞣N原因調(diào)用空轉(zhuǎn)程序，包括，例如，災(zāi)難性氣侯事件(例如，颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、海嘯等)的經(jīng)過、確保裝置幸存、瀕危海洋哺乳動(dòng)物經(jīng)過時(shí)，確保避免碰撞等。還可在洋流農(nóng)田陣列中指定的水動(dòng)力裝置100所賦功率調(diào)制因子被設(shè)定為零時(shí)調(diào)用空轉(zhuǎn)程序。在執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序時(shí)， 可周期性調(diào)用ADCP查詢協(xié)議以探測(cè)垂直水柱中額定速度的存在，及達(dá)到其它目的。
為了從狀態(tài)B移動(dòng)到狀態(tài)A，其中狀態(tài)A可位于水面上或另一指定深度，可調(diào)用上升程序(或協(xié)議)且通過可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或換能器變更調(diào)控器(例如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器)的控制權(quán)，水動(dòng)力裝置100可上升到水面或某個(gè)其他指定深度。例如，可卸載壓載艙的壓載，從而減少水動(dòng)力裝置100的重力。進(jìn)一步地，可偏轉(zhuǎn)翼106到正的角度，從而產(chǎn)生更多升力?？缮晕⑹栈刈枇Π?12以減少阻力， 從而減少下沉力引起的表觀重量，從而促使水動(dòng)力裝置100在轉(zhuǎn)子109保持在分離的非工作狀態(tài)414的情況下上升。當(dāng)水動(dòng)力裝置100到達(dá)水面或指定深度時(shí)，成功完成上升程序。
每當(dāng)功率控制程序(例如，圖3A或;3B所示程序350或360)執(zhí)行前或執(zhí)行中需要改變深度時(shí)，使用隨載ADCP通過向水動(dòng)力裝置100的上方和下方發(fā)射聲脈沖來查詢垂直水柱是有利的。查詢返回的信息可被THOR控制器吸納用于更高級(jí)別的預(yù)測(cè)性和/或校正性控制。
可在轉(zhuǎn)子109分離時(shí)實(shí)現(xiàn)上升，下降和空轉(zhuǎn)程序?？赏ㄟ^轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序或轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序分別實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子接合或分離。可通過可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或換能器變更調(diào)控器(例如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器)的控制權(quán)實(shí)現(xiàn)上升、下降和空轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下的深度控制。轉(zhuǎn)子109的運(yùn)作和功率產(chǎn)出發(fā)生在執(zhí)行功率控制程序時(shí)，其中包括的深度改變程序使水動(dòng)力裝置100能追蹤和重獲額定功率深度，或追蹤指定的部分功率深度。功率控制程序可因極高或極低流速的水流而意外終止，例如，在超過最大崩潰深度或最小近水面深度的位置。也可有意地終止功率控制程序并調(diào)用空轉(zhuǎn)程序，例如，以便允許極端氣侯事件的通過，瀕危物種的通過，或其他類似事件。ADCP查詢可用于更高級(jí)別的預(yù)測(cè)性和/或校正性控制。
根據(jù)本發(fā)明的原理，圖5顯示了 THOR控制器500的參數(shù)表示的示例。如上所述， 可提供隨載于水動(dòng)力裝置100以及例如洋流農(nóng)田陣列中每個(gè)水動(dòng)力裝置100的THOR控制器。THOR控制器500包含多個(gè)輸入?yún)?shù)，包括，例如，裝置自檢參數(shù)510以及系統(tǒng)自檢參數(shù)530。THOR控制器500也可接收來自控制站的外部或干預(yù)指令540 (例如，中心指令和控制設(shè)備 THOR HQ)。
THOR控制器500包含的計(jì)算機(jī)(未示出)能接受所識(shí)別的參數(shù)和指令M0，然后結(jié)合所識(shí)別的參數(shù)510、520的值以及指令540來執(zhí)行本發(fā)明的方法，然后依一定方式和幅度改變多個(gè)調(diào)控器550，包括例如，可變重力調(diào)控器551、可變升力調(diào)控器552，、可變阻力調(diào)控器553、換能器變更調(diào)控器諸如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器554、和/或其他調(diào)控器555， 所述方式和幅度使水動(dòng)力裝置100能按本發(fā)明的方法所述來運(yùn)作。此外，根據(jù)水動(dòng)力裝置 100響應(yīng)于調(diào)控器550改變的移動(dòng)和運(yùn)作，可向THOR控制器500呈遞裝置自檢參數(shù)510的新值，而THOR控制器500可指揮調(diào)控器550作額外的改變以進(jìn)一步迫使水動(dòng)力裝置100的運(yùn)作符合本發(fā)明的方法。
圖5中列出了可通過水動(dòng)力裝置100固有的傳感器獲得的裝置自檢參數(shù)510的一些示例，包括，例如，發(fā)電機(jī)功率輸出水平參數(shù)511、自由流流速參數(shù)512、俯仰、側(cè)翻和偏航角(yaw angle)和速率參數(shù)513、深度參數(shù)514、錨索張力參數(shù)515、壓載艙水位參數(shù)516、翼入射角參數(shù)517、分裂式阻力板偏轉(zhuǎn)角參數(shù)518、ADCP數(shù)據(jù)參數(shù)519、以及其他裝置自檢參數(shù) 520。
圖5中列出了可通過相對(duì)水動(dòng)力裝置100遠(yuǎn)程安裝的傳感器獲得的系統(tǒng)自檢參數(shù)530的一些示例，包括，例如，電網(wǎng)狀況參數(shù)531、和其他系統(tǒng)自檢參數(shù)532。系統(tǒng)自檢參數(shù)530可從例如可持續(xù)感知洋流農(nóng)田陣列整體狀況的控制站接收。THOR HQ540可通過通訊鏈接與洋流農(nóng)田陣列中每個(gè)水動(dòng)力裝置100的隨載主控制器相連?？刂普?例如，THOR HQ540)可向陣列中的任何或全部水動(dòng)力裝置100發(fā)布外部指令。所述外部指令可包括，例如，功率控制調(diào)制因子M3、干預(yù)指令M4、和/或其他外部指令M5。還可由服務(wù)船舶向一個(gè)以上水動(dòng)力裝置100發(fā)布外部指令M0。此外，THOR HQ540可執(zhí)行累計(jì)功率控制協(xié)議 541,以調(diào)制和設(shè)定整個(gè)洋流農(nóng)田陣列的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平。TH0RHQ540可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電表542的讀數(shù)，以測(cè)量來自洋流農(nóng)田陣列中所有水動(dòng)力裝置100的累計(jì)功率輸出水平，從而實(shí)施累計(jì)功率控制協(xié)議Ml。
THOR控制器500可執(zhí)行單個(gè)裝置控制程序(或協(xié)議)501，其中可有子程序，包括例如，通用裝置控制程序(或協(xié)議)502、下潛程序(或協(xié)議)503、上升程序(或協(xié)議)504、空轉(zhuǎn)程序(或協(xié)議)505、轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)506、轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)507、 帶有深度改變程序的功率控制程序(或協(xié)議)508、以及ADCP查詢程序(或協(xié)議)509。利用多個(gè)調(diào)控器550中的各個(gè)調(diào)控器影響和改變每個(gè)水動(dòng)力裝置100的運(yùn)作行為以服從上述程序。此處雖揭示了調(diào)控器550的示例，包括例如，排出和注入壓載艙用于可變重力調(diào)節(jié)， 改變水動(dòng)力翼的入射角用于可變升力調(diào)節(jié)，以及同時(shí)向外偏轉(zhuǎn)分裂式阻力板用于可變阻力調(diào)節(jié)，但在不違背本發(fā)明的范圍或精神的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法，可采用任何可產(chǎn)生重力、升力和阻力的機(jī)制以實(shí)現(xiàn)每個(gè)水動(dòng)力裝置100的操作。
根據(jù)本發(fā)明的原理，圖6顯示了控制洋流農(nóng)田陣列累計(jì)功率輸出的累計(jì)功率輸出程序600的示例?？赏ㄟ^例如THOR HQ遠(yuǎn)程支配累計(jì)功率輸出程序600。THOR HQ可指定整個(gè)農(nóng)田陣列水動(dòng)力裝置，或其子集，例如一個(gè)以上單個(gè)水動(dòng)力裝置，的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平。可不時(shí)改變目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平以獲得各種操作便利。
通常，可設(shè)定整個(gè)洋流農(nóng)田陣列的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平?？煞謩e賦予陣列中每個(gè)水動(dòng)力裝置100 —個(gè)取值在0到1之間(包括端點(diǎn))的功率調(diào)制因子(Ki)。每個(gè)水動(dòng)力裝置100可使用本發(fā)明的方法，包括功率控制程序，以產(chǎn)生等量于每個(gè)水動(dòng)力裝置100的功率調(diào)制因子Ki與其額定功率輸出水平之積的電力。由于自由流狀況不時(shí)改變，可改變整個(gè)陣列的累計(jì)功率輸出水平，每個(gè)水動(dòng)力裝置100可依本發(fā)明的方法重新自我調(diào)整以產(chǎn)生指定功率輸出水平，從而促使整個(gè)洋流農(nóng)田陣列的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平等于目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平。可重復(fù)該步驟以使實(shí)際值和目標(biāo)值保持相等或在可接受的差額范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D6，最初，累計(jì)陣列中每個(gè)水動(dòng)力裝置的功率輸出水平以確定實(shí)際功率輸出水平Paggreg-(IW)(步驟601)。可將實(shí)際累計(jì)功率輸出水平PaggMgate(lli+)，以及按圖5所述的基準(zhǔn)電表輸出水平提供的系統(tǒng)水平信息，與目標(biāo)累計(jì)功率水平比較(步驟602)。如果實(shí)際功率輸出水平Paggregate(IW)等于目標(biāo)值(步驟602的“是”)，則不采取行動(dòng)并重復(fù)步驟601。 如果實(shí)際累計(jì)功率輸出水平PaggMgat(mi+^和目標(biāo)值不相等(步驟602的“否”)，則向陣列中每個(gè)水動(dòng)力裝置100分配或重新分配功率調(diào)制因子，Ki，并通過通訊鏈接(未示出)將功率調(diào)制因子，Ki，從THOR HQ傳送到每個(gè)水動(dòng)力裝置100相關(guān)的THOR控制器500 (步驟603)。
每個(gè)THOR控制器可啟動(dòng)通用單個(gè)控制程序700 (例如，圖7所示)以使各自的水動(dòng)力裝置的功率輸出水平等于每個(gè)裝置的指定功率調(diào)制因子Ki與其額定功率的乘積(步驟 604和60幻。重復(fù)程序600并可再次執(zhí)行步驟601。在某些情況下，由于自由流狀況不斷變化，實(shí)際累計(jì)功率輸出水平也可隨各水動(dòng)力裝置相應(yīng)新的自由流狀況重新調(diào)整而波動(dòng)?？杉尤敫唠A算法，包括各種領(lǐng)先/滯后，預(yù)測(cè)/校正或其它已知的控制技術(shù)，到圖6所述的累計(jì)功率控制協(xié)議中，從而在不違背本發(fā)明的范圍或精神的情況下，促使實(shí)際累計(jì)功率輸出水平和目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平更快趨于一致，。
圖7顯示了控制洋流農(nóng)田陣列中的單個(gè)水動(dòng)力裝置的通用單個(gè)控制程序700的示例?？赏ㄟ^與例如洋流農(nóng)場(chǎng)陣列中的每個(gè)單個(gè)水動(dòng)力裝置相關(guān)的THOR控制器執(zhí)行通用單個(gè)控制程序700。通用單個(gè)控制程序700執(zhí)行時(shí)，可隨時(shí)接收一個(gè)以上故障或指令，使THOR 控制器中斷程序，并隨后及時(shí)或立即對(duì)該故障或指令作出反應(yīng)。
通常，使用被賦予的功率調(diào)制因子Ki (步驟71 ，水動(dòng)力裝置基本上一直執(zhí)行功率控制程序，包括深度改變程序(步驟711)，除非存在預(yù)先探測(cè)到的故障狀態(tài)(步驟701) 或發(fā)布的完成另一任務(wù)的指令(步驟70 。在確定單個(gè)裝置故障或系統(tǒng)故障的情況下(步驟701的“是”)，THOR控制器可分離轉(zhuǎn)子(步驟70 并促使水動(dòng)力裝置上升(步驟703) 到水面或其它指定深度并保持空轉(zhuǎn)(步驟704)直到故障狀態(tài)解除。
每個(gè)水動(dòng)力裝置相關(guān)的THOR控制器能夠執(zhí)行各種指令，包括下潛、上升、空轉(zhuǎn)和/ 或ADCP查詢。指令可通過例如THOR HQ發(fā)出，或如下述由THOR控制器內(nèi)部生成。下潛、上升、空轉(zhuǎn)和ADCP查詢指令均可在轉(zhuǎn)子處于分離的非工作狀態(tài)時(shí)，在可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或諸如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器的換能器變更調(diào)控器的控制權(quán)下執(zhí)行。可在恰好進(jìn)入功率控制協(xié)議之前使轉(zhuǎn)子接合到工作狀態(tài)(步驟714)， 并在剛好終止功率控制協(xié)議之后使轉(zhuǎn)子分離到非工作狀態(tài)(步驟713)。在基本上其它所有時(shí)間里，轉(zhuǎn)子可與水流分離且不工作?？墒褂棉D(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換協(xié)議使轉(zhuǎn)子接合(步驟714)。 可使用轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換協(xié)議使轉(zhuǎn)子分離(步驟702、707、710)。
參照?qǐng)D7，TH0R控制器可監(jiān)測(cè)單個(gè)裝置故障或系統(tǒng)故障(步驟701)。如果確定發(fā)生單個(gè)裝置故障或系統(tǒng)故障(步驟701的“是”)，THOR控制器通過執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換協(xié)議(步驟70 促使轉(zhuǎn)子分離。THOR控制器可進(jìn)一步使用上升協(xié)議703 (步驟70 促使水動(dòng)力裝置上升到水面或指定深度，然后THOR控制器可執(zhí)行空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟704)并促使水動(dòng)力裝置以空轉(zhuǎn)功率待機(jī)，直到干預(yù)完成或收到進(jìn)一步繼續(xù)操作的指令。
THOR控制器可進(jìn)一步監(jiān)測(cè)通訊鏈接中來自THOR HQ的指令，或THOR控制器可生成自己的指令(步驟705)。如果確定接收到下潛指令(步驟705的“是”)，則THOR控制器可執(zhí)行下潛協(xié)議(步驟706)，并可于水動(dòng)力裝置下降到額定速度深度時(shí)成功結(jié)束。如果下潛協(xié)議不成功而未達(dá)到額定速度深度(步驟706)，THOR控制器可促使水動(dòng)力裝置在預(yù)定深度進(jìn)入空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟709)并可包括進(jìn)一步執(zhí)行ADCP查詢協(xié)議(未示出)。
如果確定接收到上升指令(步驟705的“是”)，則THOR控制器可執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換協(xié)議(步驟707)，若轉(zhuǎn)子不是早已處于分離的非工作狀態(tài)；其次執(zhí)行上升協(xié)議(步驟 708)，促使水動(dòng)力裝置上升到水面或預(yù)定深度；爾后執(zhí)行可包括可選的ADCP查詢協(xié)議(未示出)的空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟709)，促使水動(dòng)力裝置通過可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或諸如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器的換能器變更調(diào)控器的控制權(quán)，在水面、指定深度、或指定自由流流速出現(xiàn)的深度待機(jī)。水動(dòng)力裝置可繼續(xù)執(zhí)行空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟709)，不產(chǎn)生電力，直到被隨后的外部或內(nèi)部生成的指令終止。
如果確定接收到空轉(zhuǎn)指令(步驟705的“是”)，則THOR控制器可執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換協(xié)議(步驟710)，若轉(zhuǎn)子不是早已處于分離的非工作狀態(tài)；其次執(zhí)行可包括圖14所示的可選的ADCP查詢協(xié)議的空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟711)，促使水動(dòng)力裝置通過可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或諸如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器的換能器變更調(diào)控器的控制權(quán)，在指定深度、或指定自由流流速出現(xiàn)的深度待機(jī)，不產(chǎn)生電力。水動(dòng)力裝置可繼續(xù)執(zhí)行空轉(zhuǎn)協(xié)議(步驟709)直到被隨后的外部或內(nèi)部生成的指令終止。
如果THOR控制器沒有確定或接收任何故障(步驟701的“否”)并且沒有待決或未執(zhí)行的指令(步驟705的“否”)，則THOR控制器可確定轉(zhuǎn)子是否是接合的(步驟712)。 如果THOR控制器確定轉(zhuǎn)子處于分離的非工作狀態(tài)且轉(zhuǎn)子槳葉槳距角完全順槳(步驟712 的“否”)，則THOR控制器可確定水動(dòng)力裝置處于額定速度深度并執(zhí)行轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換協(xié)議 (步驟714)。如果THOR控制器確定轉(zhuǎn)子是接合的(步驟712的“是”)，或已通過執(zhí)行轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換協(xié)議(步驟714)使轉(zhuǎn)子接合，則THOR控制器可執(zhí)行功率控制協(xié)議(步驟713)，促使水動(dòng)力裝置追蹤和重獲額定功率深度并長時(shí)間輸出額定功率，如果指定的功率調(diào)制因子的值為一(步驟715)。如果指定的功率調(diào)制因子的值小于一，功率控制協(xié)議(步驟713)可促使水動(dòng)力裝置追蹤和重獲指定的部分功率深度，該深度一般深于額定功率深度。水動(dòng)力裝置可繼續(xù)在額定功率深度執(zhí)行功率控制協(xié)議(步驟71 直到被故障狀態(tài)(步驟701的 “是”)或干預(yù)指令(步驟705的“是”)打斷。
圖8顯示了控制水動(dòng)力裝置的功率控制程序(或協(xié)議)800的示例，其中包括深度改變程序。絕大部分時(shí)間可通過THOR控制器執(zhí)行功率控制程序800，促使水動(dòng)力裝置在指定的功率調(diào)制因子基本為一時(shí)追蹤和重獲額定功率深度，或相應(yīng)于小于一的功率調(diào)制因子，追蹤和重獲指定的部分功率深度。在每種情況下，目標(biāo)功率設(shè)定可以是水動(dòng)力裝置的銘牌功率額定值和指定的功率調(diào)制因子的乘積。
參照?qǐng)D8，例如，在從THOR HQ接收到功率調(diào)制因子(步驟801)之后，THOR控制器可啟動(dòng)功率控制程序800。THOR控制器可根據(jù)目標(biāo)功率設(shè)定Ki · Pratedi^)減去產(chǎn)生的實(shí)際功率Pa。tual(S )來計(jì)算功率誤差信號(hào)Err (步驟802)。如果功率誤差信號(hào)Err約等于零 (步驟802中Err = 0)，則可確定實(shí)際功率Paetual(實(shí)際)等于目標(biāo)功率設(shè)定Ki · Prated(額定)而不采取行動(dòng)(步驟80；3)，除了可能以可變重力調(diào)控器取代可變升力調(diào)控器(步驟804)來使用更多或更少的重力以最小化可向下游漂流并侵犯換能器截流區(qū)域，從而會(huì)限制動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率的尾流擾動(dòng)。
在可變重力調(diào)控器包括一個(gè)以上壓載艙且可變升力調(diào)控器包括水動(dòng)力翼的情況下，如果確定功率控制誤差信號(hào)Err等于0 (步驟802中Err = 0)，THOR控制器可不采取任何行動(dòng)并允許繼續(xù)操作(步驟803)。如果壓載艙仍有接納或卸載壓載的空間，并且翼入射角仍不為零，則THOR控制器可交換翼升力(或翼下壓力)和壓載重力以減少翼的抬升力或下壓力以最小化翼后緣的尾流或流動(dòng)斜度，這樣的尾流可向下游漂流并侵犯換能器截流區(qū)域(步驟804)，并容易限制工作轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)化性能。
如果確定功率誤差信號(hào)Err大于零(步驟802的Err > 0)，表明目標(biāo)功率設(shè)定 Ki Wrated 定)大于產(chǎn)生的實(shí)際功率Paetual(娜)，則THOR控制器可促使水動(dòng)力裝置調(diào)整深度， 這種情況下最有可能是上升(步驟810)。例如，THOR控制器可通過可變升力調(diào)控器和重力調(diào)控器分別調(diào)節(jié)升力(步驟811)和重力(步驟813)，以調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度直到功率誤差信號(hào)Err減為零。具體地，在確定可變升力調(diào)控器(例如，翼)不是處于最大正值(步驟811的“否”)之后，THOR控制器可通過增加可變升力調(diào)控器的下壓力(例如，翼的入射角)(步驟81 至最大正值以促使水動(dòng)力裝置調(diào)整深度。如果可變升力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了(步驟811的“是”)，并且功率誤差信號(hào)Err仍大于零，則可確定可變重力調(diào)控器(例如一個(gè)以上壓載艙)的控制權(quán)是否耗盡(步驟813)。如果確定可變重力調(diào)控器的控制權(quán)沒有耗盡(例如，壓載不在最小值)(步驟813的“否”)，則可使用可變重力調(diào)控器(例如， 卸載壓載)直到功率誤差信號(hào)Err達(dá)到零(步驟814)。然而，如果確定可變重力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了(步驟813的“是”)，則可確定水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度是否小于最小空化深度(步驟815)。如果確定實(shí)際深度大于或等于最小空化深度(步驟815的“否”)，則可以部分功率設(shè)定操作水動(dòng)力裝置(步驟816)。
如果功率誤差信號(hào)Err保持大于零，可能發(fā)生了相當(dāng)大的上升且水動(dòng)力裝置可能接近水面。在這種情況下，可能出現(xiàn)極低速的水流。如果水動(dòng)力裝置保持在最小轉(zhuǎn)子空化深度之下(步驟815的“否”)，可繼續(xù)以部分功率設(shè)定操作(步驟816)，該部分功率設(shè)定小于額定功率且如果功率調(diào)制因子小于一(步驟801)，也小于指定的部分功率設(shè)定。
如果水動(dòng)力裝置上升到最小轉(zhuǎn)子空化深度以上(步驟815的“是”)，則THOR控制器可中斷執(zhí)行功率控制程序800，并可接著執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序(步驟830)，然后執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序(步驟831)，然后執(zhí)行ADCP查詢程序(步驟83 。ADCP查詢程序可使用隨載的 ADCP探測(cè)垂直水柱以確定何時(shí)自由流流速適合持續(xù)的電力生產(chǎn)。
如果確定功率誤差信號(hào)Err小于零(Err < 0)，表明目標(biāo)功率設(shè)定Ki · Prated(額定) 小于產(chǎn)生的實(shí)際功率Pa。tual _，則THOR控制器可促使水動(dòng)力裝置調(diào)整深度，這種情況下最有可能是下降(步驟820)。例如，THOR控制器可通過可變升力調(diào)控器和重力調(diào)控器分別調(diào)節(jié)升力(步驟821)和重力(步驟82 ，以調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度直到功率誤差信號(hào)Err減為零。具體地，在確定可變升力調(diào)控器(例如，翼)不是處于最大負(fù)值(步驟821的“否”) 之后，THOR控制器可通過增加可變升力調(diào)控器的升力(例如，減小翼入射角)(步驟822)以促使水動(dòng)力裝置調(diào)整深度。如果可變升力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了(步驟821的“是”)， 并且功率誤差信號(hào)Err仍小于零，則可確定可變重力調(diào)控器(例如一個(gè)以上壓載艙)的控制權(quán)是否耗盡(步驟82 。如果確定可變重力調(diào)控器的控制權(quán)沒有耗盡(例如，壓載不在最大值)(步驟823的“否”)，則可使用可變重力調(diào)控器(例如，加載壓載)直到功率誤差信號(hào)Err達(dá)到零(步驟824)。然而，如果確定可變重力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了(步驟823 的“是”)，則可確定水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度是否在預(yù)定的崩潰深度范圍內(nèi)(例如，10米之內(nèi)等)(步驟825)。如果確定實(shí)際深度不在預(yù)定的崩潰深度的范圍內(nèi)(步驟825的“否”)并且誤差信號(hào)Err仍不為零，則可傾斜轉(zhuǎn)子槳葉以削減動(dòng)力從而保持額定功率或指定的部分功率設(shè)定(步驟826)。
如果功率誤差信號(hào)Err保持小于零，可能發(fā)生了相當(dāng)大的下降且水動(dòng)力裝置可能接近最大結(jié)構(gòu)崩潰深度。在這種情況下，可能正出現(xiàn)極高速的水流，且可能需要傾斜轉(zhuǎn)子槳葉削減動(dòng)力以保持額定功率或指定的部分功率設(shè)定(步驟826)并避免下降到接近崩潰深度處。
如果確定實(shí)際深度在預(yù)定的崩潰深度的范圍內(nèi)，或更深(步驟825的“是”)，則 THOR控制器可中斷執(zhí)行功率控制程序800并執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序(步驟830)，然后執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序(步驟831)，然后執(zhí)行ADCP查詢程序(步驟83幻。ADCP查詢程序可使用隨載的 ADCP探測(cè)垂直水柱以確定何時(shí)自由流流速適合持續(xù)的電力生產(chǎn)。
當(dāng)功率控制誤差信號(hào)Err達(dá)到零(步驟802的Err = 0)，可調(diào)節(jié)可變重力調(diào)控器和可變升力調(diào)控器(步驟804)以最小化可向下游漂流并侵犯換能器截流區(qū)域，從而會(huì)限制動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率的尾流擾動(dòng)。在可變重力調(diào)控器包括一個(gè)以上壓載艙且可變升力調(diào)控器包括可調(diào)節(jié)翼的情況下，可以更少的壓載(或更多的壓載)替換翼入射角和相應(yīng)的升力(或下壓力)(步驟804)，以使翼入射角和升力(或下壓力)均趨于零。通過以重力替換升力，可基本消除任何可能因翼攜帶升力造成的流傾斜角或下洗角及其對(duì)換能器截流區(qū)域的沖擊， 從而確保最大的能量轉(zhuǎn)化性能。
功率控制程序800可在例如極高速度水流情況下被動(dòng)終止，該流速可促使THOR控制器指令水動(dòng)力裝置下降到水動(dòng)力裝置的最大結(jié)構(gòu)崩潰深度以下。被動(dòng)終止也可發(fā)生在極低速度水流的情況下，該流速可促使THOR控制器指令水動(dòng)力裝置上升到很淺的深度，該深度可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子槳葉過度空化或?qū)е罗D(zhuǎn)子槳葉刺穿水面造成不可接受的局面。
圖9顯示了控制水動(dòng)力裝置下潛操作的下潛程序(或協(xié)議)900的示例。下潛程序900可在例如THOR控制器上執(zhí)行以促使水動(dòng)力裝置下降到額定速度深度?？稍诜蛛x的非工作狀態(tài)下在可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、可變阻力調(diào)控器、和/或諸如轉(zhuǎn)子槳葉槳距角變更調(diào)控器的換能器變更調(diào)控器的控制權(quán)下實(shí)施下潛程序900。當(dāng)水動(dòng)力裝置達(dá)到額定速度深度或其附近可接受的限度內(nèi)的深度時(shí)，下潛程序900可成功終止。如果沒有達(dá)到額定速度深度或其附近的深度，則下潛程序900會(huì)以失敗告終。
通常，從半潛于水面的狀態(tài)或某個(gè)臨時(shí)深度開始，下潛程序900可首先利用可變阻力調(diào)控器的控制權(quán)來促成下降。如果沒有達(dá)到額定速度深度而可變阻力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了，可利用可變升力調(diào)控器來生成下壓力以促成進(jìn)一步的下降。如果可變阻力調(diào)控器和可變升力調(diào)控器的控制權(quán)都耗盡了而仍沒有達(dá)到額定速度深度，可利用可變重力調(diào)控器以促成進(jìn)一步的下降。如果可變阻力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器和可變重力調(diào)控器三者的控制權(quán)全部耗盡而仍沒有達(dá)到額定速度深度，很可能正有極低速度水流的情況發(fā)生，則下潛程序900可終止且THOR控制器可調(diào)用空轉(zhuǎn)程序1300 (例如，圖14所示)。
如果使用可變重力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、和/或可變阻力調(diào)控器的控制權(quán)在下潛程序中達(dá)到了額定速度深度，且額定速度深度不在、接近或低于水動(dòng)力裝置的最大結(jié)構(gòu)崩潰深度，并且沒有超過錨索張力的極限，可在將水動(dòng)力裝置送抵額定速度深度后成功終止下潛協(xié)議。如果下潛程序中，水動(dòng)力裝置到達(dá)最大結(jié)構(gòu)深度10米左右的范圍內(nèi)或者錨索結(jié)構(gòu)張力超過了極限，很可能正有極高速度水流的情況發(fā)生，則THOR控制器可中斷下潛程序900并調(diào)用上升程序1000 (圖10所示)，然后執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序1300 (圖13所示)。
參照?qǐng)D9，最初確定實(shí)際的、實(shí)時(shí)的自由流流速并與額定速度比較(步驟901)。如果速度相同(步驟901的“是”)，認(rèn)為下潛成功完成(步驟90 ，否則THOR控制器可發(fā)布 ADCP查詢(步驟902的“否”，然后步驟90 以探測(cè)垂直水柱，確定自由流流速隨深度的變化以提供額外的信息，參考圖14所述。水動(dòng)力裝置可繼續(xù)下降到額定速度出現(xiàn)的額定速度深度(步驟904)。
例如，在確定可變阻力調(diào)控器不處于最大阻力狀態(tài)(例如，阻力板沒有伸展到最大位置)(步驟905的“否”)之后，可首先展開(或逐步增大)可變阻力調(diào)控器(例如，分裂式阻力板)(步驟906)至高阻力狀態(tài)以促使水動(dòng)力裝置下降。如果可變阻力調(diào)控器處于或達(dá)到最大阻力狀態(tài)(例如，阻力板達(dá)到最大偏轉(zhuǎn))(步驟905的“是”)而還未到達(dá)額定速度深度，則可在確定可變升力調(diào)控器未處于最大下壓力狀態(tài)(例如，翼入射角在最大負(fù)角) (步驟907的“否”)之后，通過調(diào)節(jié)可變升力調(diào)控器(例如，具有可變?nèi)肷浣堑乃畡?dòng)力翼) (步驟908)至更大負(fù)值以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的下降。如果可變升力調(diào)控器(例如，翼)處于或達(dá)到最大下壓力狀態(tài)(例如，最大負(fù)入射角)(步驟907的“是”)而還未到達(dá)額定速度深度，則可在確定可變重力調(diào)控器未處于最大重力狀態(tài)(例如，壓載艙已滿)(步驟909的“否”)之后，調(diào)節(jié)可變重力調(diào)控器(例如壓載艙)以增加重力(例如，逐步填充壓載艙)(步驟910)。
如果三種控制權(quán)-可變阻力調(diào)控器、可變升力調(diào)控器、以及可變重力調(diào)控器-全部耗盡(步驟905的“是”，步驟907的“是”，步驟909的“是”)而還未達(dá)到額定速度深度，很可能正有極低速度水流的情況發(fā)生而下潛程序可以失敗告終(步驟91 而THOR控制器調(diào)用空轉(zhuǎn)程序1300(步驟911)作為無功率產(chǎn)出的待機(jī)手段，以等待異常的極低速度水流情況結(jié)束。
下潛程序900中，隨著逐步開動(dòng)可變阻力、升力和重力調(diào)控器，可監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度(步驟920)，以及錨索張力(步驟921)，以便不超過預(yù)設(shè)的極限。如果超過或危險(xiǎn)地接近了預(yù)設(shè)的極限(步驟920的“是”，或步驟921的“是”)，很可能正有極高速度水流的情況發(fā)生且下潛程序可以失敗告終(步驟924)而THOR控制器調(diào)用上升程序1000(步驟92 ，然后是空轉(zhuǎn)程序1300(步驟92 作為待機(jī)手段以等待異常情況結(jié)束。當(dāng)水動(dòng)力裝置到達(dá)額定速度深度或其附近可接受的限度內(nèi)的深度時(shí)，下潛程序900可成功完成。
盡管未在圖9中示出，在應(yīng)用可變阻力、升力和重力調(diào)控器之后水動(dòng)力裝置可能下降并穩(wěn)定在稍高于額定速度深度處。相反于以失敗終止下潛程序900 (步驟924)，可調(diào)用轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序(圖11所示)從而隨著轉(zhuǎn)子槳葉槳距角接近工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子阻力增加， 因而下沉力可增加，促成進(jìn)一步下沉，以使水動(dòng)力裝置抵達(dá)額定速度深度。
圖10顯示了控制水動(dòng)力裝置上升的上升程序(或協(xié)議)1000的示例?？稍诶鏣HOR控制器上執(zhí)行上升程序1000以促使水動(dòng)力裝置上升到水面或其它指定深度?？稍谵D(zhuǎn)子處于分離的非工作狀態(tài)下在可變重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)下實(shí)現(xiàn)上升程序 1000。當(dāng)水動(dòng)力裝置到達(dá)指定深度時(shí)，上升程序1000可成功終止。在故障狀態(tài)下，例如，當(dāng)無法到達(dá)指定深度時(shí)，上升程序1000可以失敗告終。
通常，上升程序1000可首先利用可變升力調(diào)控器的控制權(quán)來促使水動(dòng)力裝置上升。如果未達(dá)到指定深度而可變升力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡了，可利用可變重力調(diào)控器來促成進(jìn)一步的上升。如果可變升力和重力調(diào)控器的控制權(quán)都耗盡了而仍未到達(dá)額定速度深度，可利用可變阻力調(diào)控器以促成進(jìn)一步的上升。如果可變升力、重力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)都耗盡了而仍未到達(dá)指定深度，且上升速率已基本為零，既然水動(dòng)力裝置確實(shí)是具有浮力的，則很可能是出現(xiàn)了災(zāi)難性的故障。在這種情況下，THOR控制器可發(fā)送信號(hào)到控制站 (THOR HQ)以調(diào)度服務(wù)人員。在上述上升程序中，如果超過了預(yù)設(shè)的上升速率或預(yù)設(shè)的錨索張力，可撤銷(逆轉(zhuǎn))最后一個(gè)控制動(dòng)作以消除導(dǎo)致超過預(yù)設(shè)極限的上一個(gè)操作。
參照?qǐng)D10，最初可確定水動(dòng)力裝置的實(shí)際的、實(shí)時(shí)的深度并與指定深度比較(步驟1001)。如果尚未到達(dá)指定深度(步驟1001的“否”)，可如圖14所述發(fā)出ADCP查詢1003 以提供額外的信息(步驟1003)，否則可成功終止上升程序1000(步驟1001的“是”，然后步驟1002)。水動(dòng)力裝置可繼續(xù)上升到指定深度(步驟1004)。在確定可變升力調(diào)控器尚未達(dá)到最大升力狀態(tài)(例如，最大翼入射角)(步驟1005的“否”)之后，可逐步調(diào)節(jié)可變升力調(diào)控器(諸如翼)，例如，逐步增加入射角到正值以增加迎角，來增加水動(dòng)力裝置的升力 (步驟 1006)。
如果實(shí)際深度未達(dá)到指定深度(步驟1001的“否”)而已達(dá)到最大升力狀態(tài)(步驟 1005的“是”)，則，如果可變重力調(diào)控器(例如，一個(gè)以上壓載艙)還未處于最小狀態(tài)(例如，壓載處于最小值)(步驟1007的“否”)，則逐步調(diào)節(jié)可變重力調(diào)控器(例如，逐步卸載壓載艙的壓載)(步驟1008)。
如果實(shí)際深度仍不等于指定深度(步驟1001的“否”)而可變阻力調(diào)控器(例如， 分裂式阻力板)還未處于無阻力或低阻力狀態(tài)(步驟1009的“否”)，則可逐步調(diào)小可變阻力調(diào)控器(例如，收回分裂式阻力板)(步驟1010)以減小阻力，從而減少下沉力呈現(xiàn)的表觀重量并促成進(jìn)一步的上升。
如果實(shí)際深度仍不等于指定深度，既然水動(dòng)力裝置確實(shí)是具有浮力的，則很可能是出現(xiàn)了災(zāi)難性的故障。在這種情況下，THOR控制器可發(fā)送信號(hào)到THOR HQ以調(diào)度服務(wù)人員。在上升程序1000中，可逆轉(zhuǎn)之前的可能已造成指定的最大上升速率或指定的最大張力值超過預(yù)設(shè)極限的控制動(dòng)作(步驟1020的“是”，或步驟1021的“是”，然后步驟1022)，使上升速率可保持在指定速率之下且錨索張力也可保持在指定值之下。當(dāng)實(shí)際深度等于指定深度時(shí)，上升程序1000可成功結(jié)束(步驟1001的“是”，然后步驟1002)。
圖11顯示了使轉(zhuǎn)子接合的轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)1100的示例。可通過例如THOR控制器執(zhí)行轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序?？稍诶纾聺摮绦?00 (圖9所示)成功完成之后和即將使用功率控制程序800(圖8所示)操作之前調(diào)用轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100。一般可在額定速度深度處完成轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100。
通常，在轉(zhuǎn)子(換能器)接合轉(zhuǎn)換程序1100中，轉(zhuǎn)子可從分離的非工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接合的工作狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)子槳葉接近工作槳距角且與轉(zhuǎn)子操作相關(guān)的阻力和下沉力逐步增加，這種轉(zhuǎn)換可顯著增加阻力，而同時(shí)可逐步撤消可變阻力調(diào)控器產(chǎn)生的阻力。進(jìn)一步地，可按一定速率逐步減小可變升力調(diào)控器提供的下壓力且逐步調(diào)小可變重力調(diào)控器，在該速率下，轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100在恒定深度或?qū)?yīng)恒定速度的可變深度處發(fā)生，兩者均有賴于垂直力凈和為零的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。在這個(gè)轉(zhuǎn)換程序1100中，可監(jiān)測(cè)錨索張力并在其超過預(yù)設(shè)極限時(shí)實(shí)施控制。
具體地，轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100可從輸入初始深度和初始速度開始(步驟1101)。 THOR控制器可在初始深度或者對(duì)應(yīng)于初始速度的可變深度處實(shí)施轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序 1100。該初始速度可以是額定速度，如下所述(步驟1122)。如果轉(zhuǎn)子槳葉沒有完全接合 (步驟1102的“否”)到工作狀態(tài)且可變阻力調(diào)控器(例如，分裂式阻力板)沒有處于無阻力狀態(tài)(步驟1105的“否”)，隨著轉(zhuǎn)子槳葉槳距角繼續(xù)接近工作狀態(tài)(步驟1104)，可逐步收回阻力調(diào)控器(例如，可逐步向內(nèi)偏轉(zhuǎn)分裂式阻力板)(步驟1106)到無阻力狀態(tài)?？勺冏枇φ{(diào)控器(分裂式阻力板)和轉(zhuǎn)子槳葉槳距角改變之間的這個(gè)阻力交換過程中，阻力調(diào)控器收回(步驟1106)引起的下沉力遞減以及轉(zhuǎn)子槳葉槳距角增加(步驟1104)引起的下沉力遞增，可以保持凈和為零的垂直力平衡，從而允許水動(dòng)力裝置保持在初始深度或?qū)?yīng)于初始速度的可變深度。如果轉(zhuǎn)子槳葉槳距角還未達(dá)到完全接合的工作槳距角(步驟 1102的“否”)，如果未達(dá)到最大升力狀態(tài)(例如，翼入射角還未達(dá)到最大值)(步驟1107的 “否”)，則轉(zhuǎn)子槳葉槳距角推進(jìn)(步驟1104)致使阻力增加引起的遞增的下沉力，和可變升力調(diào)控器正向增加升力(例如翼入射角)(步驟1108)引起的遞增的升力(或類似地遞減的下壓力)之間，可發(fā)生第二次垂直力交換過程。如果轉(zhuǎn)子槳葉槳距角還未達(dá)到完全接合的工作槳距角(步驟1102的“否”)，如果確定可變重力調(diào)控器未在最小狀態(tài)(例如最小壓載)(步驟1109的“否”)，則轉(zhuǎn)子槳葉槳距角推進(jìn)(步驟1104)致使阻力增加引起的遞增的下沉力，和可變重力調(diào)控器減小水動(dòng)力裝置的重力(例如卸載壓載艙的壓載)(步驟1110) 引起的重力撤消之間，可發(fā)生第三次垂直力交換過程。
如果轉(zhuǎn)子槳葉1102仍然沒有完全接合(步驟1102的“否”)，可變阻力調(diào)控器處于最小或零阻力狀態(tài)(步驟1105的“是”)，可變升力調(diào)控器處于最大升力狀態(tài)(步驟1105 的“是”)，并且可變重力調(diào)控器處于最小重力狀態(tài)(步驟1109的“是”)，則可生成故障信號(hào)(步驟1111)。
在轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100的上述垂直力交換程序中，可監(jiān)測(cè)錨索張力(步驟1120)并采取校正行動(dòng)，例如通過可變阻力調(diào)控器減小阻力(步驟1120的“否”，然后步驟1121)以確保錨索張力不超過預(yù)設(shè)極限。由圖11可見，可進(jìn)行初始深度是否小于實(shí)際深度的判斷Err以確保轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100發(fā)生在初始深度(步驟112 。為此，如果例如確定深度超過預(yù)設(shè)極限(步驟1122的Err > 0)，則可撤銷(逆轉(zhuǎn))最后一個(gè)控制動(dòng)作(步驟1123)以消除導(dǎo)致超過預(yù)設(shè)極限的上一個(gè)操作，否則可重復(fù)上一個(gè)控制動(dòng)作(步驟1122 的Err < 0，然后步驟1124)。步驟1122的程序也可確保轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100發(fā)生在對(duì)應(yīng)于初始速度的可變深度。鑒于轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100可持續(xù)一段時(shí)間，例如幾分鐘，而自由流流速狀況在同一時(shí)間段內(nèi)可能不會(huì)改變，步驟1122中出現(xiàn)的初始深度或基于初始速度的決定可以是相同的。
如果可變重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)已經(jīng)耗盡而轉(zhuǎn)子槳葉依然未達(dá)到接合的工作狀態(tài)(步驟1102的“否” )，THOR控制器可發(fā)出ADCP查詢以確定如果允許轉(zhuǎn)子槳葉傾斜到接合的工作狀態(tài)可導(dǎo)致的深度改變。如果認(rèn)為深度改變可接受，THOR控制器可放棄初始深度或初始速度要求(步驟112 并完成轉(zhuǎn)子槳葉槳距角向接合的工作狀態(tài)的最終改變(步驟1102的“是”，然后步驟110 。當(dāng)轉(zhuǎn)子槳葉槳距角達(dá)到接合的工作狀態(tài)且可變阻力調(diào)控器處于完全收回的無阻力狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子接合轉(zhuǎn)換程序1100可成功完成(步驟1102 的“是”，然后步驟1103)。
圖12顯示了使轉(zhuǎn)子分離的轉(zhuǎn)子(換能器)分離轉(zhuǎn)換程序(或協(xié)議)1200的示例。 可在功率控制程序800 (圖8所示)終止之后，上升程序1000 (圖10所示)或空轉(zhuǎn)程序 1300(圖13所示)之前調(diào)用轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200。轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200 —般可在額定速度深度或其它深度或自由流流速下完成?？赏ㄟ^例如THOR控制器執(zhí)行轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序以實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力裝置上的轉(zhuǎn)子的分離。
通常，在轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200中，轉(zhuǎn)子從接合的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到分離的非工作狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)子槳葉接近非工作的完全順槳的槳距角，可顯著減小阻力。與轉(zhuǎn)子操作相關(guān)的阻力和下沉力可逐步撤消，而阻力調(diào)控器產(chǎn)生的阻力可逐步增加。進(jìn)一步地，可按一定速率逐步增加升力調(diào)控器提供的下壓力并逐步調(diào)大重力調(diào)控器，在該速率下，轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200在恒定深度或?qū)?yīng)于恒定速度的可變深度處發(fā)生，兩者均有賴于垂直力凈和為零的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。在這個(gè)轉(zhuǎn)換程序中，可監(jiān)測(cè)錨索張力并在其超過預(yù)設(shè)極限時(shí)實(shí)施控制。
具體地，轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200可從輸入初始深度和初始速度開始(步驟1201)。 THOR控制器可在恒定深度或恒定速度下實(shí)施轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200 (步驟122 。如果轉(zhuǎn)子槳葉未完全順槳并分離(步驟1202的“否”)到非工作狀態(tài)且可變阻力調(diào)控器未處于高阻力狀態(tài)(步驟1205的“否”)，隨著轉(zhuǎn)子槳葉槳距角向完全順槳的非工作狀態(tài)繼續(xù)減小(步驟1204)，阻力調(diào)控器可逐步展開(例如，阻力板可逐步向外偏轉(zhuǎn))(步驟1206)到高阻力狀態(tài)。阻力調(diào)控器和轉(zhuǎn)子槳葉槳距角之間的這個(gè)阻力交換過程中，阻力調(diào)控器的阻力增加 (步驟1206)引起的下沉力遞增以及轉(zhuǎn)子槳葉槳距角減小(步驟1204)引起的下沉力遞減， 可以保持凈和為零的垂直力平衡，從而允許水動(dòng)力裝置保持在恒定深度或?qū)?yīng)于恒定速度的可變深度。
如果轉(zhuǎn)子槳葉槳距角還未達(dá)到完全順槳的非工作狀態(tài)(步驟1202的“否”)而阻力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡(例如，阻力板偏轉(zhuǎn)到最大位置)(步驟1205的“是”)，則轉(zhuǎn)子槳葉槳距角減小(步驟1204)致使阻力減小引起的遞減的下沉力，和升力調(diào)控器使升力(例如翼入射角)減小到更大負(fù)值(步驟1208)引起的下壓力增加之間，可發(fā)生第二次垂直力交換過程。
如果轉(zhuǎn)子槳葉槳距角仍未達(dá)到完全順槳的非工作狀態(tài)(步驟1202的“否”)而升力調(diào)控器(例如翼)的控制權(quán)耗盡(例如，翼入射角處于最大負(fù)值)(步驟1207的“是”)， 則轉(zhuǎn)子槳葉槳距角減小(步驟1204)致使阻力減小引起的遞減的下沉力，和重力調(diào)控器重力增加(例如，增加壓載艙的壓載)(步驟1210)之間，可發(fā)生第三次垂直力交換過程。
如果轉(zhuǎn)子槳葉槳距角依然未達(dá)到完全順槳的非工作狀態(tài)(步驟1202的“否”)而重力調(diào)控器的控制權(quán)耗盡(例如，壓載處于最大值)(步驟1209的“是”)，則可判定為故障狀態(tài)(步驟1211)。
在上述垂直力交換程序中，可監(jiān)測(cè)錨索張力(步驟1220)并采取校正行動(dòng)，例如， 減少阻力(例如，減少阻力板偏轉(zhuǎn))(步驟1120的“否”，然后步驟1121)以確保錨索張力不超過預(yù)設(shè)極限。由圖12可見，可進(jìn)行初始深度是否小于實(shí)際深度的判斷Err以確保轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200發(fā)生在初始深度(步驟122 。為此，如果例如確定深度超過預(yù)設(shè)極限 (步驟1222的Err > 0)，則可撤銷(逆轉(zhuǎn))最后一個(gè)控制動(dòng)作(步驟1223)，以消除導(dǎo)致超過預(yù)設(shè)極限的上一個(gè)操作，否則可重復(fù)上一個(gè)控制動(dòng)作(步驟1222的Err < 0，然后步驟 1224)?；蛘?，通過使用基于速度的誤差信號(hào)，步驟1222的程序也可確保轉(zhuǎn)換程序1200發(fā)生在對(duì)應(yīng)于恒定速度的深度(步驟122 。鑒于轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200可持續(xù)一段時(shí)間， 例如幾分鐘，而自由流流速狀況在短時(shí)間內(nèi)可能不變，步驟1122中出現(xiàn)的恒定深度或基于恒定速度的決定可以是相同的。
如果重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)已經(jīng)耗盡而轉(zhuǎn)子槳葉依然未達(dá)到分離的非工作狀態(tài)，THOR控制器可發(fā)出ADCP查詢以確定如果允許轉(zhuǎn)子槳葉傾斜到分離的非工作狀態(tài)可導(dǎo)致的深度改變。如果認(rèn)為深度改變可接受，THOR控制器可放棄步驟1222的恒定深度或恒定速度的要求并完成剩余的轉(zhuǎn)子槳葉槳距角向分離的非工作狀態(tài)的改變。當(dāng)轉(zhuǎn)子槳葉槳距角達(dá)到分離的非工作狀態(tài)且阻力調(diào)控器伸展到高阻力狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子分離轉(zhuǎn)換程序1200 可成功完成(步驟1202的“是”，然后步驟1203)。
圖13顯示了使水動(dòng)力裝置保持基本上零功率產(chǎn)出的空轉(zhuǎn)程序(或協(xié)議)1300的示例?？赏ㄟ^例如THOR控制器執(zhí)行空轉(zhuǎn)程序1300?？稍谕Ｖ闺娏ιa(chǎn)并促使水動(dòng)力裝置在恒定深度或在對(duì)應(yīng)于恒定速度的可變深度空轉(zhuǎn)或待機(jī)是有利的情況下隨時(shí)調(diào)用空轉(zhuǎn)程序1300。可在災(zāi)難性氣侯事件包括颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、海嘯等，以及瀕危海洋哺乳動(dòng)物等經(jīng)過時(shí)使用空轉(zhuǎn)程序1300，以確保避免碰撞。還可在異常的例如極高速度或極低速度的自由流情況下，由THOR控制器調(diào)用空轉(zhuǎn)程序1300。
通常，空轉(zhuǎn)協(xié)議1300利用重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)以保持在指定的恒定的目標(biāo)深度或在對(duì)應(yīng)于恒定目標(biāo)速度的可變深度。為了在自由流流動(dòng)狀況改變時(shí)保持空轉(zhuǎn)并上升以追蹤目標(biāo)(步驟1310)，可首先用盡升力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，增加翼入射角直至達(dá)到最大位置)(步驟1312，步驟1311的“是”)并且如果未達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度，可接著用盡重力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，卸載壓載直至達(dá)到最小值)(步驟1314，步驟1313的 “是”)以達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度。如果仍未達(dá)到目標(biāo)，可使用阻力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，減小阻力板偏轉(zhuǎn)直至偏轉(zhuǎn)基本為零)以達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度(步驟1316)?？纱_定上升速率是否基本上等于零(步驟1317)。如果上升速率基本上等于零(步驟1317的 “是”，)而目標(biāo)仍未達(dá)到，并且阻力調(diào)控器已耗盡(步驟1315的“是”)，則可將目標(biāo)深度或目標(biāo)速度重設(shè)為稍微撤回部分重力、升力和阻力后出現(xiàn)的速度或深度(步驟1318)，從而仍有可變重力、升力和阻力調(diào)控器的控制權(quán)的余地來補(bǔ)償速度或深度。
為了在自由流流動(dòng)狀況改變時(shí)保持空轉(zhuǎn)并下降以追蹤目標(biāo)(步驟1320)，可首先用盡阻力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，增加阻力板偏轉(zhuǎn)直至達(dá)到最大值)(步驟1322，步驟1321 的“是”)并且如果未達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度，可接著用盡升力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，增加翼入射角到負(fù)值直至達(dá)到最大負(fù)值)(步驟1324，步驟1323的“是”)以達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度。如果仍未達(dá)到目標(biāo)，可使用重力調(diào)控器的控制權(quán)(例如，增加壓載)(步驟13 ) 以達(dá)到目標(biāo)深度或目標(biāo)速度。
如果仍未達(dá)到目標(biāo)，而重力調(diào)控器的控制權(quán)已耗盡(例如，壓載處于最大值)(步驟1325的“是”)，可確定下降速率是否基本上等于零(步驟1327)。如果下降速率基本上等于零(步驟1327的“是”)而目標(biāo)仍未達(dá)到，并且重力調(diào)控器已用盡(步驟1325的“是”)， 則可將目標(biāo)深度或目標(biāo)速度重設(shè)為稍微增加部分重力、升力和阻力調(diào)控器后出現(xiàn)的速度或深度(步驟13 )，從而仍有調(diào)控器控制權(quán)的余地來補(bǔ)償速度或深度。此外，如圖13所述， 空轉(zhuǎn)程序1300可包括ADCP查詢協(xié)議以便水動(dòng)力裝置可使用隨載的ADCP裝置探測(cè)垂直水柱以確定狀況是否適合電力生產(chǎn)。
具體地，如果指定了目標(biāo)深度(步驟1301)，可計(jì)算目標(biāo)深度扣除實(shí)際深度作為深度誤差信號(hào)(步驟1302)。如果指定了目標(biāo)速度(步驟1301)，可計(jì)算目標(biāo)速度扣除實(shí)際速度作為速度誤差信號(hào)(步驟1302)。如果確定誤差信號(hào)大于零(步驟1302的Err > 0)，則 THOR控制器可調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度，很有可能至更深的深度(步驟1320)，如果阻力調(diào)控器(分裂式阻力板)還未完全展開(步驟1321的“否”)，則通過首先展開阻力調(diào)控器(例如，分裂式阻力板)至高阻力狀態(tài)(步驟1322)引起下沉力增加以促成進(jìn)一步的下降。
如果誤差信號(hào)保持大于零(步驟1302的Err >0)，如果下壓力(入射角)還未處于最大負(fù)值(步驟1323的“否”)，則可利用升力調(diào)控器(例如，可推動(dòng)翼入射角至更大的負(fù)值)(步驟1324)，從而增加下壓力并引起進(jìn)一步的下降。
如果誤差信號(hào)仍保持大于零，如果重力還未處于最大值(步驟1325的“否”)，則可利用重力調(diào)控器(例如，可增加壓載艙的壓載)(步驟1326)促成更進(jìn)一步的下降。
如果下降速率達(dá)到約為零(步驟1327的“是”，)而誤差信號(hào)依然大于零(步驟 1302的Err > 0)，可稍微卸載重力(壓載)并可稍微減小下壓力以保留一些重力和升力調(diào)控器的控制權(quán)的余地，并可將目標(biāo)深度或目標(biāo)速度重設(shè)為當(dāng)前的深度或速度以促使誤差信號(hào)Err等于零(步驟1302)。一旦誤差信號(hào)等于零(步驟1302的Err = 0)，空轉(zhuǎn)程序1300 可通過確保零誤差(步驟1302的Err = 0)來保持當(dāng)前深度或速度(步驟1306)。當(dāng)例如， THOR控制器調(diào)用另一個(gè)指令時(shí)(步驟1303)，空轉(zhuǎn)程序1300可終止。
如果誤差信號(hào)Err小于零(步驟1302的Err < 0)，如果升力(入射角)還未處于最大正值(步驟1311的“否”)，通過首先增加升力(例如，翼入射角)(步驟1312)至更大的正值，THOR控制器可調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度，很有可能至更淺的深度(步驟1310)。
如果誤差信號(hào)仍小于零(步驟1302的Err < 0)，如果重力(壓載)還未處于最小值(步驟1313的“否”)，可減少重力(例如，可減少壓載艙的壓載)(步驟1314)以促成更進(jìn)一步的上升。
如果誤差信號(hào)仍小于零(步驟1302的Err < 0)，如果阻力還未處于最小阻力狀態(tài) (步驟1315的“否”)，可逐步減小阻力(例如，可逐步收回分裂式阻力板)(步驟1316)。
如果上升速率達(dá)到約為零(步驟1317)而誤差信號(hào)依然小于零(步驟1302的Err <0)，可稍微增加重力(壓載)及下壓力以保留一些重力和升力調(diào)控器的控制權(quán)的余地并將目標(biāo)深度或目標(biāo)速度重設(shè)為當(dāng)前的深度或速度(步驟1318)以促使誤差信號(hào)Err等于零。一旦誤差信號(hào)等于零(步驟1302的Err = 0)，空轉(zhuǎn)程序1300可通過確保零誤差信號(hào) Err來保持當(dāng)前深度或速度(步驟1306)。當(dāng)THOR控制器調(diào)用另一個(gè)指令時(shí)(步驟1303)， 空轉(zhuǎn)程序1300可終止。
圖14顯示了用于確定流速的聲學(xué)多普勒流速儀(ADCP)查詢程序(或協(xié)議)1440 的示例。水動(dòng)力裝置可包含隨載的向上和/或向下探查的ADCP設(shè)備1411，能夠朝水動(dòng)力裝置上面和下面的垂直水柱中發(fā)出聲頻脈沖(‘pings’)以查詢存在的自由流流場(chǎng)速度和該速度存在的深度(步驟140 。ADCP查詢程序1400返回的數(shù)據(jù)可具有很多用途，包括確定水動(dòng)力裝置的額定速度是否在垂直水柱中的某處存在，或可包含可為高階預(yù)測(cè)和/或校正或者領(lǐng)先和/或滯后的控制算法所用的額外的信息，可加強(qiáng)本發(fā)明所示方法的應(yīng)用，而并不違背本發(fā)明所示方法的范圍或精神。
通常，可隨時(shí)調(diào)用ADCP查詢程序1400而不打斷當(dāng)時(shí)可能在執(zhí)行的進(jìn)行中的程序(步驟1401)。ADCP設(shè)備1411可朝水動(dòng)力裝置上面和下面的垂直水柱中發(fā)出聲頻脈沖 (‘Pings’)以查詢存在的自由流流場(chǎng)速度和該速度存在的深度(步驟1402)?？纱_定額定速度是否在水柱中(步驟1403)。如果確定額定速度在水柱中(步驟1403的“是”)，則 ADCP設(shè)備1411可重新接入并向THOR控制器和/或THOR HQ(步驟1404)報(bào)到并緩存速度和深度值并/或報(bào)告給THORHQ (步驟1406)。如果確定額定速度不在水柱中(步驟1403的 “否”)，則儲(chǔ)存測(cè)量到的速度和深度值并/或報(bào)告給THOR HQ (步驟1406)。
ADCP查詢到的數(shù)據(jù)，包括額定速度數(shù)據(jù)(步驟1403)，可儲(chǔ)存在THOR控制器的存儲(chǔ)器(未示出)中，傳達(dá)給THOR HQ，或者可用于促使THOR控制器終止空轉(zhuǎn)程序，啟動(dòng)下潛程序并隨后進(jìn)入功率控制程序用于持續(xù)的電力產(chǎn)出(步驟1406)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中包含帶有多個(gè)具體實(shí)施的代碼節(jié)(或段)的計(jì)算機(jī)程序。該計(jì)算機(jī)程序可包括對(duì)應(yīng)圖2C、2D、6、7、8、9、10、11、12、13 和 14 所示程序 350、360、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300 和 1400 中每一步驟的代碼節(jié)。當(dāng)在例如，水動(dòng)力裝置100的隨載控制器、或控制站上執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序可促使程序 350、360、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300 或 1400 中的每一步驟得以實(shí)行。
已經(jīng)公開了可被控制器用來實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力裝置操作以獲得各種便利的方法和協(xié)議， 包括最大化、調(diào)節(jié)和/或控制單個(gè)或整個(gè)陣列的水動(dòng)力裝置的功率輸出。鑒于部署水動(dòng)力裝置的自由流的速度切向反比分布的特性，引入了額定速度深度(額定速度出現(xiàn)的深度) 和額定功率深度(獲得額定功率的深度)的概念，并發(fā)現(xiàn)了水流行為中固有的極頻繁地出現(xiàn)在某任意深度的單個(gè)速度，單峰速度。進(jìn)一步地，通過制作具有相應(yīng)于單峰速度的額定速度的水動(dòng)力裝置，以及通過使用本發(fā)明的帶有深度改變程序(協(xié)議)的功率控制程序(協(xié)議)，可迫使水動(dòng)力裝置通過調(diào)節(jié)可變重力、升力和阻力調(diào)控器持續(xù)追蹤和重獲額定功率深度，從而促成長時(shí)間的額定功率產(chǎn)出。追蹤和重獲額定功率深度包括，設(shè)定目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出，用以檢測(cè)發(fā)電機(jī)功率輸出并響應(yīng)于檢測(cè)發(fā)電機(jī)功率輸出，調(diào)用帶有深度改變程序的功率控制程序(或協(xié)議)以使水動(dòng)力裝置保持目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出的機(jī)制。指定部分功率深度和功率調(diào)制因子這些附加的概念允許調(diào)制和控制單個(gè)或整個(gè)陣列的水動(dòng)力裝置的電力產(chǎn)出水平。
公開了轉(zhuǎn)子(換能器)接合和轉(zhuǎn)子(換能器)分離轉(zhuǎn)換協(xié)議，允許分別在重力、升力和阻力調(diào)控器與接合的工作狀態(tài)的或分離的非工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)子槳葉槳距角之間平穩(wěn)地交換控制權(quán)。這些轉(zhuǎn)換協(xié)議發(fā)生的目標(biāo)可以是恒定深度或?qū)?yīng)于恒定速度的可變深度處的零凈和的垂直力。這些轉(zhuǎn)換協(xié)議發(fā)生的目標(biāo)可進(jìn)一步是恒定深度或?qū)?yīng)于恒定速度的可變深度處的恒定阻力。
描述了包括下潛、上升、空轉(zhuǎn)和ADCP的其它程序(或協(xié)議)，提供了其他操作上的便利?？刹煌潭鹊亟Y(jié)合本發(fā)明展示的多種方法產(chǎn)生其他的方法以最大化，調(diào)制和控制水動(dòng)力裝置的操作和能量輸出，而不違背本發(fā)明的范圍或精神。所展示的方法中可納入其它更高層次的技術(shù)，包括基于預(yù)測(cè)/校正，領(lǐng)先/滯后和/或預(yù)料的控制算法，以驅(qū)使誤差信號(hào)更快趨零，而不違背本發(fā)明的范圍或精神。盡管已使用具體術(shù)語描述了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，這樣的描述只是出于說明的目的，并應(yīng)理解在不違背下述權(quán)利要求的精神或范圍的情況下，可以進(jìn)行改動(dòng)和變異。
依照本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明描述的方法旨在作為計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件程序而操作。專用的硬件實(shí)施辦法包括，但不限于，針對(duì)應(yīng)用的集成電路，可編程邏輯陣列，并可同樣構(gòu)建其他硬件設(shè)備來實(shí)施本發(fā)明所述的方法。此外，供選的軟件實(shí)施辦法包括，但不限于，分布式處理或組件/對(duì)象的分布式處理，并行處理，或者也可構(gòu)建虛擬機(jī)處理以實(shí)施本發(fā)明所述的方法。
雖然本說明書描述了參照特定標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的實(shí)施例中所實(shí)施的部件和功能，本發(fā)明并不限于此類標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。相應(yīng)地，認(rèn)為具有相同功能的替代標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議是等同的。
雖然是針對(duì)示例性實(shí)施例來描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)可在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行修改。前面所給的這些示例僅用于說明，而非意在成為本發(fā)明所有可能的設(shè)計(jì)、實(shí)施例、應(yīng)用或修改的詳盡清單。
權(quán)利要求
1.一種控制包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法，其特征在于，該方法包括 設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)輸出水平；比較目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平和實(shí)際發(fā)電機(jī)輸出水平以確定誤差信號(hào)；以及根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置保持在目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度包括調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度包括根據(jù)誤差信號(hào)改變水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，當(dāng)誤差信號(hào)為零或接近零時(shí)，該方法進(jìn)一步包括用重力等量交換升力以最小化水流擾動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速確定轉(zhuǎn)子尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括根據(jù)最頻繁地存在于所述垂直水柱中的單個(gè)自由流流速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子掃掠面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括 監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；將所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)與為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限相比較；以及當(dāng)所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述故障狀態(tài)包括將所述換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多個(gè)參數(shù)包括 水柱中的自由流流速；該水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度； 錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在； 潛在的災(zāi)難性氣候事件的經(jīng)過； 實(shí)際、實(shí)時(shí)發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)水動(dòng)力裝置均具有換能器，該方法進(jìn)一步包括發(fā)送實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平測(cè)量信號(hào)到控制站；以及從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平在所述控制站與所述水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中根據(jù)所述水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成所述單個(gè)功率調(diào)制因子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，該方法進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，其中根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。
14.一種操作包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法，其特征在于，該方法包括 逐步增加或減少換能器與液流接合或分離的程度；以及逐步改變水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)，以使水動(dòng)力裝置獲得或保持預(yù)定狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述預(yù)定狀態(tài)包括基本為零的總垂直力平衡。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述預(yù)定狀態(tài)包括基本為零的總阻力平衡。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述預(yù)定狀態(tài)包括對(duì)應(yīng)于自由流流速的深度。
18.—種控制水動(dòng)力裝置陣列的方法，每個(gè)水動(dòng)力裝置包括換能器，其特征在于，該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置陣列的目標(biāo)累計(jì)功率水平； 監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置陣列的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平； 比較目標(biāo)累計(jì)功率水平和實(shí)際累計(jì)功率輸出水平以確定誤差信號(hào)； 為水動(dòng)力裝置陣列中的一個(gè)以上水動(dòng)力裝置分配功率調(diào)制因子；以及根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)所述一個(gè)以上水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置陣列保持在目標(biāo)累計(jì)功率水平。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)一個(gè)以上水動(dòng)力裝置的深度包括 調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，該方法進(jìn)一步包括逐步改變水動(dòng)力裝置陣列中一個(gè)以上水動(dòng)力裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)， 以使水動(dòng)力裝置獲得或保持指定的功率輸出水平。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述指定的功率輸出水平包括 額定功率和功率調(diào)制因子的乘積。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述指定的功率輸出水平被實(shí)時(shí)傳送給控制臺(tái)。
23.—種控制水動(dòng)力裝置的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括隨載控制器，用于(i)設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)狀態(tài)，(ii)監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際狀態(tài)，(iii)比較目標(biāo)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)以確定誤差信號(hào)，以及(iv)根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度；換能器，用于利用水流動(dòng)能；以及可變調(diào)控器，用于使水動(dòng)力裝置保持目標(biāo)狀態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述可變調(diào)控器包括 可變重力調(diào)控器，用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的重力；可變升力調(diào)控器，用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的升力； 可變阻力調(diào)控器，用于調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的阻力；或換能器變更調(diào)控器，用于調(diào)節(jié)換能器轉(zhuǎn)化動(dòng)能的比率。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)狀態(tài)包括目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平；以及所述實(shí)際狀態(tài)包括實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中 所述目標(biāo)狀態(tài)包括目標(biāo)自由流流速；以及所述實(shí)際狀態(tài)包括實(shí)際自由流流速。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述隨載控制器進(jìn)一步用于(iv)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)，(ν)將多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)與為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限相比較；以及 (vi)當(dāng)多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述故障狀態(tài)包括將所述換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)參數(shù)包括 水柱中的自由流流速；該水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度； 錨索的錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在； 潛在的災(zāi)難性氣侯事件的經(jīng)過； 實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)水動(dòng)力裝置均具有換能器，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括隨載通訊裝置，用于發(fā)送實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平到控制站，并從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成所述單個(gè)功率調(diào)制因子。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括隨載通訊裝置，用于從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子， 其中根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子控制可變調(diào)控器。
34.一種控制包含可變控制轉(zhuǎn)子的水動(dòng)力裝置的方法，其特征在于，該方法包括 設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際狀態(tài)；比較目標(biāo)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)以確定誤差信號(hào)；以及根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置保持目標(biāo)狀態(tài)；其中所述目標(biāo)狀態(tài)包括目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平或目標(biāo)自由流流速，并且其中所述實(shí)際狀態(tài)包括實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平或?qū)嶋H自由流流速。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度包括 調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，該方法進(jìn)一步包括 監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；將所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)與為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限相比較；以及當(dāng)所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的所述一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述故障狀態(tài)包括將換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述多個(gè)參數(shù)包括 水柱中的自由流流速；該水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度； 錨索的錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在； 潛在的災(zāi)難性氣侯事件的經(jīng)過； 實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，該方法進(jìn)一步包括發(fā)送實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平測(cè)量信號(hào)到控制站；以及從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平在控制站與水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)；或其中根據(jù)水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成所述單個(gè)功率調(diào)制因子。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，該方法進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，其中根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。
42.一種利用水流動(dòng)能產(chǎn)生電能的發(fā)電裝置，其特征在于，該裝置包括 換能器，用于利用所述動(dòng)能；耦合于換能器的發(fā)電機(jī)；可變調(diào)控器，用于調(diào)整裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)； 功率輸出傳感器，用于探測(cè)發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率輸出水平；以及隨載控制器，用于根據(jù)實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平和目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率輸出水平之差控制可變調(diào)控器來改變裝置的重力、升力或阻力中的至少一個(gè)，以調(diào)節(jié)裝置的操作深度。
43.一種控制包括換能器的水動(dòng)力裝置的方法，其特征在于，該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)自由流流速； 監(jiān)測(cè)實(shí)際自由流流速；比較目標(biāo)自由流流速和實(shí)際自由流流速以確定誤差信號(hào)；以及根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度以使水動(dòng)力裝置保持在目標(biāo)自由流流速。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度包括 調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度包括根據(jù)誤差信號(hào)改變重力、升力或阻力中的一個(gè)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，當(dāng)誤差信號(hào)為零或接近零時(shí)，該方法進(jìn)一步包括 用重力等量交換升力以最小化流擾動(dòng)。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述換能器包括可變控制轉(zhuǎn)子。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，該方法進(jìn)一步包括根據(jù)最頻繁地存在于垂直水柱中的單個(gè)自由流流速確定轉(zhuǎn)子尺寸；或根據(jù)最頻繁地存在于所述垂直水柱中的單個(gè)自由流流速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子掃掠面積。
49.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，該方法進(jìn)一步包括 監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)；將所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)與為所述多個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)預(yù)設(shè)的界限相比較；以及當(dāng)所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上超過為所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上預(yù)設(shè)的界限時(shí)調(diào)用故障狀態(tài)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述故障狀態(tài)包括將所述換能器從液流中分離直至所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上等于或小于相應(yīng)的預(yù)設(shè)界限。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述多個(gè)參數(shù)包括 水柱中的自由流流速；該水柱中的水動(dòng)力裝置的實(shí)際深度； 錨索張力；可導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的海洋生物的存在； 潛在的災(zāi)難性氣侯事件的經(jīng)過； 實(shí)際、實(shí)時(shí)發(fā)電機(jī)功率輸出水平；或功率調(diào)制因子。
52.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，其中每一個(gè)水動(dòng)力裝置均具有換能器，該方法進(jìn)一步包括發(fā)送實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平測(cè)量信號(hào)到控制站；以及從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平在所述控制站與所述水動(dòng)力裝置陣列中的另一水動(dòng)力裝置的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率輸出水平相累計(jì)。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中根據(jù)所述水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的目標(biāo)累計(jì)功率輸出水平和水動(dòng)力裝置陣列中所有水動(dòng)力裝置的實(shí)際累計(jì)功率輸出水平生成所述單個(gè)功率調(diào)制因子。
55.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述水動(dòng)力裝置部署為水動(dòng)力裝置陣列，該方法進(jìn)一步包括從控制站接收單個(gè)功率調(diào)制因子，其中根據(jù)所述單個(gè)功率調(diào)制因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)水動(dòng)力裝置的深度。
56.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述換能器是可變控制轉(zhuǎn)子。
57.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述換能器是可變控制轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制包含換能器的水動(dòng)力裝置的方法。該方法包括設(shè)定水動(dòng)力裝置的目標(biāo)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)水動(dòng)力裝置的實(shí)際狀態(tài)；比較目標(biāo)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)以確定誤差信號(hào)；以及根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)用帶有深度改變協(xié)議的功率控制協(xié)議以使水動(dòng)力裝置保持在目標(biāo)狀態(tài)。
文檔編號(hào)F03B13/22GK102498286SQ201080033595
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者特納·漢特 申請(qǐng)人:特納·漢特