一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可再生能源發(fā)電技術(shù)和海洋裝備領(lǐng)域，具體設(shè)及一種擺板式波浪能發(fā) 電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界經(jīng)濟不斷地高速發(fā)展，世界各國對能源的需求量急劇增長。當(dāng)前的環(huán)境 污染越來越嚴重，人類的清潔能源的研究不斷深入。波浪能W其清潔無污染、能量潛在性巨 大為各國研究者們所親睞。但是，直到目前，波浪能發(fā)電的比重占世界各國的總發(fā)電量比重 還是特別低。波浪能發(fā)電普遍存在效率低、成本高等問題。眾所周知，波浪能捕獲裝置與擺 板的高度、大小有著緊密聯(lián)系；目前的波浪能發(fā)電裝置的機械機構(gòu)固定，波浪隨著時間變化 會出現(xiàn)潮漲潮落現(xiàn)象，當(dāng)擺板高度與潮水高度相差太大時，擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)就捕獲 不了波浪能，但是即使捕獲了波浪能也存在效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的就是【背景技術(shù)】所提出的問題，提供一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng) 及其控制方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā) 電艙、擺桿、擺板、立柱、彈黃、傳動桿、T型桿、控制電路；所述傳動桿包括傳動桿a、傳動桿 b、傳動桿C，傳動桿d，T型桿包括T型桿a、T型桿b;所述控制電路包括艙機、速度傳感器、 第一水位傳感器、第二水位傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、整流器、MCU、DC-DC變換器、驅(qū) 動模塊、第一電容、第二電容、負載； 陽0化]所述系統(tǒng)整體通過立柱安放在海底基礎(chǔ)上；立柱上方安裝發(fā)電艙，發(fā)電艙內(nèi)安裝 永磁同步發(fā)電機和變速箱；擺桿的一端通過彈黃固定于發(fā)電艙側(cè)壁，擺桿的中部通過與T 型桿a的一端相連，T型桿a的另一端與發(fā)電艙底部連接； 陽006] 所述擺桿通過傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d與變速箱輸入連接，變速箱輸 出與永磁同步發(fā)電機連接，傳動桿a與傳動桿b的一端與獎的中間部位相連，傳動桿a與傳 動桿b的另一端與傳動桿C相連，傳動桿C的中部與T型桿b的一端相連，T型桿b的另一 端與發(fā)電艙底部連接，傳動桿C的另一端與傳動桿d的一端相連；
[0007] 所述整流器的=相輸入端與永磁同步發(fā)電機的=相輸出端連接，整流器的單相輸 出正端與第一電容的正極連接，整流器的單相輸出負端接地，第一電容負極接地；所述電壓 傳感器的待測電壓輸入端與第一電容正極連接，電壓傳感器待測電壓輸出端接地，電壓傳 感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述電流傳感器的待測電流輸入端與電壓傳感器正極 連接，電流傳感器的待測電流輸出端與DC-DC變換器的輸入端連接，電流傳感器的測量信 號輸出端與MCU連接；所述DC-DC變換器的脈寬調(diào)制信號輸入端與驅(qū)動模塊一端連接、驅(qū) 動模塊另外一端與MCU連接；DC-DC變換器的輸出端與第二電容正極連接；第二電容負極接 地；所述第一水位傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述第二水位傳感器的測量信號 輸出端與MCU連接；所述速度傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述艙機信號輸入端 與MCU連接；所述負載一端與第二電容正極連接，負載另外一端接地；
[0008]:所述第一水位傳感器和第二水位傳感器均采用LC-SW1 ;
[0009] 所述速度傳感器采用化s-ra;
[0010] 一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述方法具體包括步驟：
[0011] 步驟1:采集擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)所在水域的波浪速度S。、波浪高度吊和擺板高 度??；
[0012] 步驟2 :根據(jù)由當(dāng)前時刻的波浪速度和波浪高度產(chǎn)生的檢測信號和由擺板高度產(chǎn) 生的反饋信號判定啟動條件，當(dāng)主控制器接收到檢測信號并且檢測信號滿足：
[0013] A)檢測信號的值在檢測信號設(shè)定區(qū)間內(nèi)；
[0014] B)檢測信號的值在檢測信號設(shè)定區(qū)間內(nèi)持續(xù)第一設(shè)定時長；同時主控制器接收 到反饋信號且反饋信號滿足；
[0015] C)反饋信號的值在反饋信號設(shè)定區(qū)間內(nèi)；
[0016] D)反饋信號的值在反饋信號設(shè)定區(qū)間內(nèi)持續(xù)第一設(shè)定時長；
[0017] 則判定滿足啟動條件，繼續(xù)執(zhí)行步驟3;否則，判定不滿足啟動條件，返回步驟1;
[0018] 步驟3 :根據(jù)波浪高度和波浪速度和當(dāng)前時刻的擺板高度計算速度生成控制艙機 轉(zhuǎn)動的指令；
[0019] 步驟4 :采用擾動觀察法，設(shè)定一定步長改變DC-DC變換器的升壓倍數(shù)，尋找最大 功率點；
[0020] 步驟5:當(dāng)擾動觀察法求得的擾動前后的功率差值大于等于設(shè)定闊值Tf時，說明 波浪能量發(fā)生變化，重復(fù)步驟1至步驟4。
[0021] 所述根據(jù)波浪高度和波浪速度和當(dāng)前時刻的擺板高度計算速度生成控制艙機轉(zhuǎn) 動的指令包括：
[0022] 步驟A:根據(jù)擺板的高度和當(dāng)前時刻的波浪高度計算速度設(shè)定值；
[0023] 其中，速度設(shè)定值的計算公式為u(k)=Au(k)+u化-1) ;u(k)為第k次采樣時刻 的速度設(shè)定值；
[0024] AU化）為第k次采樣時刻的速度設(shè)定值增量且AU化）=KpiAe化)+kiie化）； 陽〇2引 Kpi為第一比例系數(shù)；
[0026]Kii為第一積分系數(shù)；
[0027]e(k)為當(dāng)前時刻的波浪高度和第k次采樣時刻擺板高度的偏差值且e(k)= Aref+A似； 陽02引 Aw為當(dāng)前時刻的波浪高度；
[0029]A似為第k次采樣時刻的擺板高度；
[0030]A e化）為當(dāng)前時刻的波浪高度和第k次采樣時刻的擺板高度的偏差值的增量且 Ae&)=e(k)-e&-l);
[00川步驟B:根據(jù)速度設(shè)定值、艙機的速度和整定比例系數(shù)生成控制艙機轉(zhuǎn)動的指令；[0032] 其中，生成控制電機轉(zhuǎn)動的指令采用公式
陽03引 Vk為第k次采樣時刻的控制電機轉(zhuǎn)動的指令；
[0034] Kp2為第k次采樣時刻的整定比例系數(shù)；
[0035] K。為第二積分系數(shù)；
[0036]eeCi)為第k次采樣時刻的速度設(shè)定值和艙機的速度的偏差值且ee似= u〇〇-v(k);
[0037]U似為第k次采樣時刻的速度設(shè)定值；
[0038] v(k)為第k次采樣時刻的艙機的速度；
[0039] 步驟C:根據(jù)速度設(shè)定值和艙機速度計算整定比例系數(shù)； W40] 其中，整定比例系數(shù)的計算公式為叫似=Kp3eee(k); 閨]叫似為第k次采樣時刻的整定比例系數(shù)； 陽0創(chuàng) Kp3為第二比例系數(shù)；
[0043]eee(k)為第k次采樣時刻角度控制死區(qū)值和速度設(shè)定值的偏差值且eee(k)= Sdeadzone-ee(k)；
[0044] Gdeadznne為角度控制死區(qū)值； W45]ee(k)為第k次采樣時刻的速度設(shè)定值和艙機速度的偏差值且ee似=u〇〇-v(k);
[0046] U(k)為第k次采樣時刻的速度設(shè)定值；
[0047]V似為第k次采樣時刻的艙機的速度。
[0048] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：提高了擺板高度控制的響應(yīng)速度 和精度，進而有效提高擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)效率。
【附圖說明】 W例圖1為本發(fā)明的控制電路圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明提供的一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)控制方法的流程圖；
[0052] 圖中：1-第一水位傳感器、2-第二水位傳感器、3-速度傳感器、4-整流器、5-第一 電容、6-電壓傳感器、7-電流傳感器、8-第二電容、9-彈黃、10-擺板、11-立柱、12-傳動桿 a、13-傳動桿b、14-傳動桿C、15-傳動桿d、16-T型桿a、17-T型桿b、18-發(fā)電艙、19-波浪。
【具體實施方式】
[0053] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0054] 請參閱圖1和圖2,一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電艙、擺桿、擺板、立柱、彈 黃、傳動桿、T型桿、控制電路； 陽化日]所述傳動桿包括傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d，T型桿包括T型桿曰、T型桿b;所述控制電路包括艙機、速度傳感器、第一水位傳感器、第二水位傳感器、電壓傳感 器、電流傳感器、整流器、MCU、DC-DC變換器、驅(qū)動模塊、第一電容、第二電容、負載；
[0056] 所述擺桿通過傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d與變速箱輸入連接，變速箱輸 出與永磁同步發(fā)電機連接，傳動桿a與傳動桿b的一端與擺桿的中間部位相連，傳動桿a與 傳動桿b的另一端與傳動桿C相連，傳動桿C的中部與T型桿b的一端相連，T型桿b的另 一端與發(fā)電艙底部連接，傳動桿C的另一端與傳動桿d的一端相連；
[0057] 所述整流器的=相輸入端與永磁同步發(fā)電機的=相輸出端連接，整流器的單相輸 出正端與第一電容的正極連接，整流器的單相輸出負端接地，第一電容負極接地；所述電壓 傳感器的待測電壓輸入端與第一電容正極連接，電壓傳感器待測電壓輸出端接地，電壓傳 感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述電流傳感器的待測電流輸入端與電壓傳感器正極 連接，電流傳感器的待測電流輸出端與DC-DC變換器的輸入端連接，電流傳感器的測量信 號輸出端與MCU連接；所述DC-DC變換器的脈寬調(diào)制信號輸入端與驅(qū)動模塊一端連接、驅(qū) 動模塊另外一端與MCU連接；DC-DC變換器的輸出端與第二電容正極連接；第二電容負極接 地；所述第一水位傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述第二水位傳感器的測量信號 輸出端與MCU連接；所述速度傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述艙機信號輸入端 與MCU連接；所述負載一端與第二電容正極連接，負載另外一端接地；
[0058] 所述第一水位傳感器和第二水位傳感器均采用LC-SW1 ;
[0059] 所述速度傳感器采用化s-ra; W60] 所述MCU采用dsPIC33FJ16GS504單片機，DC-DC變換器采用Boost電路，驅(qū)動模 塊選用MCP14E3,電壓傳感器6選用LV28-P，電流傳感器7選用LA25-NP，速度傳感器3采用 ZLS-PX，第一電容C1 =lOuF，第二電容C2 =lOOuF。 陽OW] 請參閱圖3
[0062] 一種擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述方法具體包括步驟：
[0063] 步驟1 :采集擺板式波浪能發(fā)電系統(tǒng)所在水域的波浪速度S。、波浪高度吊和擺板高 度印；
[0064] 步驟2 :根據(jù)由當(dāng)前時刻的波浪速度和波浪高度產(chǎn)生的檢測信號和由擺板高度產(chǎn) 生的反饋信號判定啟動條件，當(dāng)主控制器接收到檢測信號并且檢測信號滿足： 陽0化]