專利名稱：浮子式海浪發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋利用與可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種海浪發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源危機(jī)是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大共同主題。大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電、海浪 發(fā)電、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等新能源發(fā)電方式，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換方式的改變及其利用率的提高 是解決這兩大問題的一個重要手段，對于我國當(dāng)前的環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)開發(fā)有著不可 忽視的作用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。大力發(fā)展包括海浪發(fā)電在內(nèi)的海洋可再生能源 技術(shù)已被列入國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要。截至目前為止，按照海浪發(fā)電裝置與海浪的作 用方式不同，海浪發(fā)電裝置可分為沖箱式、振蕩水柱式(空氣式)、搖擺式、聚波水庫式等 類型。沖箱式海浪發(fā)電裝置，由于存在水下部件，其受波浪襲擊時穩(wěn)定性較差。振蕩水柱波 能裝置的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)不與海水接觸，防腐性能好，安全可靠，維護(hù)方便，但其二級能量轉(zhuǎn)換效 率較低。擺式裝置適合海浪的低頻和推力大等特性，轉(zhuǎn)換效率高，還可以方便地與相位控制 技術(shù)相結(jié)合，但其機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的維護(hù)較為困難。聚波水庫裝置的優(yōu)點是一級轉(zhuǎn)換沒有 活動部件，可靠性好，維護(hù)費用低，系統(tǒng)出力較穩(wěn)定；不足之處是該類型發(fā)電在建設(shè)時對地 形有特殊要求，不易推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題，提供一種新型浮子式海浪發(fā)電裝置，該裝置只利用浮體垂 直方向下降時的能量，這樣既可以減小機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計難度，也有利于最大波能捕 獲控制策略的實現(xiàn)。同時該實驗裝置還是可移動式的，在惡劣天氣下，可將其移動到安全海 域位置，增強(qiáng)其環(huán)境適應(yīng)性。 —種浮子式海浪發(fā)電裝置，其特征在于，包括浮體、平衡浮體、滑輪、繩纜、輸入軸、 離合器、輸出軸、飛輪、永磁同步發(fā)電機(jī)和AC-DC-AC功率變換器，其中，浮體和平衡浮體通 過繩纜連接在滑輪的兩側(cè)，滑輪與輸入軸同軸，輸入軸與輸出軸之間通過離合器相連，離合 器用于使輸出軸單方向旋轉(zhuǎn)，在輸出軸上固定有與其同軸的飛輪，輸出軸的另一端與永磁 同步發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)的輸出連接到AC-DC-AC功率變換器。 本發(fā)明的浮子式海浪發(fā)電裝置，所述的AC-DC-AC功率變換器包括電機(jī)側(cè)控制器， 該控制器可以根據(jù)波浪的高度及其周期對參考轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計，實現(xiàn)系統(tǒng)的無速度傳感器控 制和最大波能捕獲。 該裝置采用沒有增速齒輪機(jī)構(gòu)的永磁同步發(fā)電機(jī)與飛輪直接聯(lián)接，降低了系統(tǒng)的 噪聲、摩擦和故障率。通過浮體和平衡浮體的配合，裝置吸收海浪能后通過滑輪的作用使輸 入軸旋轉(zhuǎn)。輸入軸通過離合器使輸出軸只能單方向旋轉(zhuǎn)，即只捕獲單方向的垂直海浪能。本 裝置只利用浮體下降時的波浪能，當(dāng)浮體上升時離合器則自動解列利用飛輪的慣性保證永 磁同步發(fā)電機(jī)在浮體上升時也能正常發(fā)電，發(fā)電機(jī)輸出端通過AC-DC-AC功率變換器，使系 統(tǒng)最終能輸出穩(wěn)定的電壓和功率。該變換器控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能有效地抑制電網(wǎng)側(cè)故障對系統(tǒng)
3的影響，并能對系統(tǒng)的無功進(jìn)行控制，從而能有效提高供電質(zhì)量。有益效果如下 1)浮子式海浪發(fā)電裝置只利用浮體垂直方向下降時的能量，可以減小機(jī)械和液壓
機(jī)構(gòu)的設(shè)計難度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2)永磁同步發(fā)電機(jī)與飛輪直接聯(lián)接，可大大降低系統(tǒng)的噪聲、摩擦和故障發(fā)生率， 減少系統(tǒng)維修費用。 3)發(fā)電機(jī)輸出端通過AC-DC-AC功率變換器對電能進(jìn)行后處理，使不穩(wěn)定的海浪 發(fā)電能量穩(wěn)定化，保證系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電壓和功率，同時該功率變換器還具備抑制電網(wǎng)側(cè) 故障對系統(tǒng)影響的功能和對無功進(jìn)行控制的功能。 4)電機(jī)側(cè)控制器采用波浪的高度H及其周期T直接對參考轉(zhuǎn)矩t ref進(jìn)行估計， 可實現(xiàn)系統(tǒng)的無速度傳感器控制方式。 5)該海浪發(fā)電裝置具有可移動性和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點，在發(fā)生颶風(fēng)等惡劣情況 下，可將其移至安全海域，提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。


圖1是浮子式海浪發(fā)電裝置示意圖。 圖2是圖1中左側(cè)的垂直單方向浮子式海浪能一級轉(zhuǎn)換裝置前視圖。 圖3是AC-DC-AC功率變換器的電機(jī)側(cè)控制器的控制結(jié)構(gòu)框圖。 圖中1是浮體、2是平衡浮體、3是滑輪、4是繩纜、5是輸入軸，6是離合器，7是輸
出軸，8是飛輪、9是永磁同步電機(jī)、10是AC-DC-AC變換器。 最佳實施方式 參照圖l，圖1為本發(fā)明提出的浮子式海浪發(fā)電裝置框圖。如圖所示，該裝置主要 包括浮體1直接受海浪的作用力；平衡浮體2 —直懸浮于海面上，在沒有波浪的時候，與 浮體1之間保持靜止?fàn)顟B(tài)；滑輪3和繩纜4用于配合浮體1和平衡浮體2之間的相互運動； 輸入軸5負(fù)責(zé)將一級轉(zhuǎn)化能量輸出；離合器6負(fù)責(zé)使輸出軸7單向旋轉(zhuǎn)；輸出軸7則將單向 的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給下一級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；飛輪8與輸出軸同軸，固定在輸出軸上，利用自身 的大慣性特點保證輸出軸能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)；永磁同步電機(jī)9將輸出軸7上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能； AC-DC-AC變換器10則負(fù)責(zé)對發(fā)電機(jī)輸出的電能進(jìn)行后處理，使不穩(wěn)定的海浪發(fā)電穩(wěn)定化。
本發(fā)明裝置首先采用阿基米德浮力定律，利用浮體1和平衡浮體2的聯(lián)合作用，在 滑輪3和繩纜4的控制下，直接捕獲海浪垂直方向波力。為了盡可能使浮體不受其他方向的 波浪力影響，本裝置對浮體1采取了斜拉式緊固法。輸入軸5通過離合器6使輸出軸7只能 單方向旋轉(zhuǎn)，即只捕獲單方向的垂直海浪能。本裝置只利用浮體1下降時的波浪能，當(dāng)檢測 到輸入軸反轉(zhuǎn)也就是浮體1上升時，離合器6則自動解列，此時系統(tǒng)通過飛輪8的慣性保證 永磁同步發(fā)電機(jī)9能正常發(fā)電。永磁同步發(fā)電機(jī)9直接與輸出軸7連接，代替了傳統(tǒng)的增 速齒輪連接方式，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。永磁同步發(fā)電機(jī)9輸出端通過AC-DC-AC 功率變換器10的作用，使系統(tǒng)最終能輸出穩(wěn)定的電壓和功率。AC-DC-AC功率變換器10的 電機(jī)側(cè)控制器采用波浪的高度H及其周期T起碼接對參考轉(zhuǎn)矩t ref進(jìn)行估計，實現(xiàn)系統(tǒng) 的無速度傳感器控制方式，進(jìn)而最終實現(xiàn)最大波能捕獲。該AC-DC-AC功率變換器10的控 制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能有效地抑制電網(wǎng)側(cè)故障對系統(tǒng)的影響，并能對系統(tǒng)的無功進(jìn)行控制，從而能 有效提高供電質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種浮子式海浪發(fā)電裝置，其特征在于，包括浮體、平衡浮體、滑輪、繩纜、輸入軸、離合器、輸出軸、飛輪、永磁同步發(fā)電機(jī)和AC-DC-AC功率變換器，其中，浮體和平衡浮體通過繩纜連接在滑輪的兩側(cè)，滑輪與輸入軸同軸，輸入軸與輸出軸之間通過離合器相連，離合器用于使輸出軸單方向旋轉(zhuǎn)，在輸出軸上固定有與其同軸的飛輪，輸出軸的另一端與永磁同步發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)的輸出連接到AC-DC-AC功率變換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮子式海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述的AC-DC-AC功率變 換器包括電機(jī)側(cè)控制器，該控制器根據(jù)波浪的高度及其周期對參考轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計，實現(xiàn)系 統(tǒng)的無速度傳感器控制和最大波能捕獲。
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋利用與可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種浮子式海浪發(fā)電裝置，其特征在于，包括浮體、平衡浮體、滑輪、繩纜、輸入軸、離合器、輸出軸、飛輪、永磁同步發(fā)電機(jī)和AC-DC-AC功率變換器，其中，浮體和平衡浮體通過繩纜連接在滑輪的兩側(cè)，滑輪與輸入軸同軸，輸入軸與輸出軸之間通過離合器相連，離合器用于使輸出軸單方向旋轉(zhuǎn)，在輸出軸上固定有與其同軸的飛輪，輸出軸的另一端與永磁同步發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)的輸出連接到AC-DC-AC功率變換器。本發(fā)明只利用浮體垂直方向下降時的能量，這樣既可以減小機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計難度，也有利于最大波能捕獲控制策略的實現(xiàn)。
文檔編號F03B13/16GK101737240SQ201010117059
公開日2010年6月16日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者方紅偉, 肖朝霞 申請人:天津大學(xué)