專利名稱:一種智能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種發(fā)電領(lǐng)域,特別涉及一種智能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù):
海洋占地球表面積的70%,海洋波浪能是用之不竭的可再生能源,如何高效的利用波浪能,使之變?yōu)榭衫玫碾娔?,是人們一直研究的重要課題。海洋受自然因素變化影響,海洋波浪能是無規(guī)律不穩(wěn)定的(時(shí)大時(shí)小,平均功率為峰值功率的1/1(Γ /7),運(yùn)動(dòng)特性是往復(fù)的縱蕩、升沉、縱搖,運(yùn)動(dòng)速度低在大波浪下最大速度為O. 8m/s,力量大瞬時(shí)功率為100kW/m。
利用波浪能的技術(shù)難度如何將低速往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成高速單向機(jī)械運(yùn)動(dòng),如何在波浪時(shí)大時(shí)小時(shí)能高效俘獲波能,如何解決因發(fā)電單元功率不穩(wěn)定而組成穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)電能的發(fā)電系統(tǒng),如何解決因臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致破壞和因腐蝕導(dǎo)致機(jī)械問題。現(xiàn)有的波浪能發(fā)電技術(shù)手段還沒有采用智能俘獲波浪能、智能儲(chǔ)能、智能管理的發(fā)電系統(tǒng),不能構(gòu)成成熟、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)。現(xiàn)有的波浪能俘獲技術(shù)有震蕩水柱、筏式、收縮波道式、點(diǎn)吸收式、鴨式、擺式等。震蕩水柱波能裝置其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不與海水接觸,防腐蝕性好,安全,維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是二級(jí)能量轉(zhuǎn)換效率低,對(duì)小波浪能適應(yīng)性不強(qiáng),造價(jià)高昂。擺式波能裝置,擺體的運(yùn)動(dòng)很適合波浪大推力和低頻的特性,擺式裝置的轉(zhuǎn)換效率較高,但現(xiàn)有的裝置機(jī)械維修比較困難,容易損壞。收縮波道式的優(yōu)點(diǎn)是一級(jí)轉(zhuǎn)換沒有活動(dòng)部件,可靠性好,維護(hù)費(fèi)用低,系統(tǒng)出力穩(wěn)定。缺點(diǎn)是電站建造對(duì)地理地形要求高,不易推廣。筏式裝置,一級(jí)能量轉(zhuǎn)換效率低,二級(jí)能量轉(zhuǎn)換也不高,且裝置機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜,機(jī)械維修比較困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)手段如下一種智能波浪發(fā)電系統(tǒng),包括多個(gè)智能波浪發(fā)電單元;與每個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出端并聯(lián)連接,用于匯總多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能并傳送電能的母線;與母線并聯(lián)連接,用于對(duì)匯總的多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能進(jìn)行DC-AC變換的逆變電路;當(dāng)采用化學(xué)儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸入端,利用化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲(chǔ)能的化學(xué)儲(chǔ)能裝置;所述逆變電路的輸出端并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接;當(dāng)采用物理儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸出端,利用機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲(chǔ)能的物理儲(chǔ)能裝置;所述物理儲(chǔ)能裝置的輸出端并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接;連接儲(chǔ)能裝置,用于控制和管理能量?jī)?chǔ)存和釋放的儲(chǔ)能管理電路;所述儲(chǔ)能管理電路為化學(xué)儲(chǔ)能管理電路或物理儲(chǔ)能管理電路;連接電網(wǎng)輸入端,用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)載耗電功率的負(fù)載監(jiān)測(cè)電路;分別通過組網(wǎng)連接多個(gè)智能波浪發(fā)電單元、儲(chǔ)能管理電路和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路,用于實(shí)時(shí)查詢各個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率和電網(wǎng)負(fù)載耗電功率并根據(jù)查詢結(jié)果累加多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率并控制調(diào)節(jié)儲(chǔ)存能量大小和釋放能量大小的中央基站;中央基站還設(shè)有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浪聞并發(fā)送浪聞參數(shù)的浪聞儀;進(jìn)一步地,所述智能波浪發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)部分包波浪能捕獲裝置、變極多速永磁發(fā)電機(jī)、DC/DC變換器、智能控制器、浮體、配重裝置、支架、防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)和錨;波浪能捕獲裝置包括受力輪、棘輪、與棘輪配合的棘爪盤總成、內(nèi)軸和外軸;外軸套置在內(nèi)軸上;棘輪固 定在內(nèi)軸上;棘爪盤總成固定在外軸上;受力輪固定在外軸上;外軸上固定有用于使外軸相對(duì)于內(nèi)軸回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)裝置;波浪能捕獲裝置固定在浮體上端面;浮體通過繩索牽引設(shè)置于支架內(nèi);浮體上設(shè)置有用于將繩索導(dǎo)向的導(dǎo)向輪,且繩索纏繞過導(dǎo)向輪后與波浪能捕獲裝置的受力輪纏繞且固定;變極多速永磁發(fā)電機(jī)設(shè)置于浮體內(nèi)部,且變極多速永磁發(fā)電機(jī)輸入軸與波浪能捕獲裝置內(nèi)軸連接;DC/DC變換器設(shè)置于浮體內(nèi),且通過電路與變極多速永磁發(fā)電機(jī)總成連接;浮體內(nèi)部設(shè)置有用于控制浮體自身重量的配重裝置;智能控制器固定在浮體內(nèi)部,且通過電路與防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)、配重裝置和DC/DC變換器連接;支架上浮體下端固定有用于拉伸浮體軸向牽引繩索的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu);支架通過錨固定在水中;回轉(zhuǎn)裝置包括固定在波浪能捕獲裝置外軸上的回轉(zhuǎn)輪和與回轉(zhuǎn)輪通過繩索連接重力塊;支架上端固定有用于連接牽引浮體繩索的環(huán)形圈;牽引浮體的繩索軸向上數(shù)量不少于I條,徑向牽引浮體的繩索數(shù)量不少于8條,且徑向牽引浮體的繩索均勻分布在環(huán)形圈上;防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、固定在電機(jī)軸端的驅(qū)動(dòng)齒輪和固定在軸向牽引浮體繩索末端連接受力輪所在外軸上的配合齒輪;浮體底部設(shè)置有空腔,且空腔位置設(shè)置有帶電磁閥的排水管和帶有電磁閥的進(jìn)氣管,且進(jìn)氣管軸向伸出與浮體;浮體空腔內(nèi)部設(shè)置有水囊;配重裝置包括下壓盤和用于驅(qū)動(dòng)下壓盤沿著浮體軸向方向上運(yùn)動(dòng)的下壓電機(jī);下壓盤與浮體內(nèi)水囊上表面固定;波浪能捕獲裝置內(nèi)軸與變極多速永磁發(fā)電機(jī)輸入軸通過鏈條與鏈輪配合傳遞動(dòng)力;浮體內(nèi)設(shè)置有用于檢測(cè)外軸轉(zhuǎn)速的測(cè)速電機(jī);進(jìn)一步地,所述智能波浪發(fā)電單元的電控部分包括用于利用波浪能進(jìn)行變極多速發(fā)電的變極多速永磁發(fā)電機(jī);連接變極多速永磁發(fā)電機(jī),用于切換變極多速永磁發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)的接觸器;通過接觸器與變極多速永磁發(fā)電機(jī)相連接,用于對(duì)變極多速永磁發(fā)電機(jī)輸出的交流電進(jìn)行整流的整流電路;連接整流電路輸出端,用于對(duì)整流電路輸出的直流電壓進(jìn)行升壓并穩(wěn)壓的DC-DC變換器;用于測(cè)量外軸轉(zhuǎn)速的測(cè)速電機(jī);用于測(cè)量灌水皮囊頂部位置的位置傳感器;智能控制器;所述智能控制器包括
連接測(cè)速電機(jī),用于檢測(cè)測(cè)速電機(jī)極性的施密特觸發(fā)器;連接施密特觸發(fā)器,用于捕獲施密特觸發(fā)器輸出的一定數(shù)量高電平和低電平的定時(shí)器捕獲模塊;連接測(cè)速電機(jī),用于將測(cè)速電機(jī)的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;連接位置傳感器,用于對(duì)位置傳感器輸出的位置信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;用于與中央基站組網(wǎng)進(jìn)行通訊的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊;分別連接定時(shí)器捕獲模塊、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊,用于根據(jù)定時(shí)器捕獲模塊所捕獲的一定數(shù)量的高電平和低電平的維持時(shí)間計(jì)算自然波 浪的周期和振蕩頻率、用于根據(jù)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的測(cè)速電機(jī)輸出電壓信號(hào)得出變極多速永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并結(jié)合波浪周期和受力輪的直徑計(jì)算波浪的浪高、用于根據(jù)第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的位置信號(hào)計(jì)算配重裝置的實(shí)時(shí)重量值、用于根據(jù)浮體的固有振蕩頻率和自然波浪的振蕩頻率相等的條件計(jì)算配重裝置的應(yīng)有重量值、用于比較計(jì)算出來的應(yīng)有重量值和實(shí)時(shí)重量值,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值大于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出減重指令,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值小于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出增重指令直至實(shí)時(shí)重量值與應(yīng)有重量值相等和用于根據(jù)變極多速永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制接觸器切換動(dòng)作、用于根據(jù)計(jì)算出的浪高參數(shù)以及通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊得到浪高儀發(fā)送的浪高參數(shù)控制防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)動(dòng)作的CPU模塊;所述電控部分還包括通過繼電器模塊與CPU模塊相連接,用于根據(jù)CPU模塊發(fā)出的增重指令和減重指令進(jìn)行開關(guān)的電磁閥;通過繼電器模塊與CPU模塊相連接,根據(jù)接收到的不同的CPU模塊傳輸過來的控制動(dòng)作指令分別完成抱閘松閘動(dòng)作和控制浮體上升下沉的的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu);所述接觸器的控制端通過繼電器模塊與CPU模塊相連接,接收CPU模塊傳輸過來的接觸器切換動(dòng)作指令;進(jìn)一步地,所述DC-DC變換器的輸出端并聯(lián)連接有超級(jí)電容;由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明提供的一種智能發(fā)電系統(tǒng),通過采用多個(gè)智能波浪發(fā)電單元,充分利用自然波浪能,節(jié)能環(huán)保;采用中央基站根據(jù)負(fù)載工況實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)管理發(fā)電單元以及儲(chǔ)能工況,保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性;通過附加的可以為化學(xué)儲(chǔ)能或物理儲(chǔ)能的儲(chǔ)能裝置,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)負(fù)載不同而合理利用系統(tǒng)備用能量并且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性;每個(gè)智能波浪發(fā)電單元均采用DC-DC變換器,不僅實(shí)現(xiàn)了升壓且保證了輸出電壓的穩(wěn)定性;每個(gè)智能波浪發(fā)電單元均通過施密特觸發(fā)器、測(cè)速電機(jī)和位置傳感器等實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)行波浪情況采集的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分工況,再通過智能控制器分析計(jì)算自然波浪的周期、振蕩頻率、浪高等波浪參數(shù),從而根據(jù)當(dāng)前波浪參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)各相關(guān)組成,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最優(yōu)利用波浪能和穩(wěn)定高效;采用了上述技術(shù)方案的本發(fā)明將由波浪能所激勵(lì)的浮體產(chǎn)生無規(guī)律的機(jī)械運(yùn)動(dòng),通過繩索拉動(dòng)受力輪轉(zhuǎn)動(dòng),再由棘輪機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸,經(jīng)鏈條傳動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其原理是波浪能捕獲裝置的每根繩索和受力輪配合為獨(dú)立的,不與其他繩索和受力輪配合影響,各自安裝在套在內(nèi)軸上的外軸上,外軸與內(nèi)軸通過軸承安裝,構(gòu)成雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),各自轉(zhuǎn)向互不影響,內(nèi)軸上裝有棘輪,每套外軸都裝有受力輪、回轉(zhuǎn)裝置、與安裝在內(nèi)軸上棘輪配合的棘爪盤?;乩K轉(zhuǎn)輪的作用當(dāng)受力輪不受力且松弛時(shí),通過繩索經(jīng)回轉(zhuǎn)裝置重力牽引,使外軸上的受力輪反轉(zhuǎn),完成受力輪上的繩索回轉(zhuǎn);由于波浪的浪高無規(guī)律,其范圍從O. I米至十幾米,而轉(zhuǎn)輪的直徑是固定的,在廣闊的波高范圍,固定直徑的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁哌_(dá)幾十倍之多,所以本系統(tǒng)采用變極多速永磁發(fā)電機(jī)的手段,使系統(tǒng)適應(yīng)各種波高的轉(zhuǎn)速要求,達(dá)到波浪能最優(yōu)采集;由于自然波浪能是無規(guī)律性,盡管系統(tǒng)采取變極多速發(fā)電的措施,但每個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速是波動(dòng)的,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出電壓的波動(dòng),本系統(tǒng)采取DC/DC變換器,使達(dá)到恒定的直流電壓輸出,并在模塊的末端配置大電容或超級(jí)電容或蓄電池,便于多單元并接,便于逆變并網(wǎng),便于儲(chǔ)能;支架的作用是能吸收浮體下落能量以及浮體搖晃的能量,支架分幾種方式安裝;a.單體海底安裝,單個(gè)智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架直接固定在海床上。b.群體海底安裝,成群的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架排成等距直線,固定在?!ご采系乃街Ъ苌?,水平支架的垂直樁固定在海床上,每個(gè)單元之間的距離為小于此海域常年的平均波浪波長(zhǎng)除以n,其目的是使各單元構(gòu)成水波的“天線效應(yīng)”(水波聚集),達(dá)到本系統(tǒng)波浪能最優(yōu)采集。c.單體潛浮體安裝,單個(gè)智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架固定在潛浮體上,由錨繩或錨鏈和海底張緊錨系駐潛浮體,潛浮體潛浮在海水中。d.群體潛浮體安裝,成群的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架排成等距直線,固定在潛浮體上,由錨繩或錨鏈和海底張緊錨系駐潛浮體,潛浮體潛浮在海水中,每個(gè)單元之間的距離為小于此海域常年的平均波浪波長(zhǎng)除以η,其目的是使各單元構(gòu)成水波的“天線效應(yīng)”(水波聚集),達(dá)到本系統(tǒng)波浪能最優(yōu)采集;防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)作用為若浪高超出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的浪高,則視為遇到臺(tái)風(fēng)或風(fēng)暴,防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)下受力轉(zhuǎn)輪收緊浮體下面的繩索,使浮體下沉,并抱閘,防止系統(tǒng)遭受破壞;綜上本發(fā)明是基于垂蕩體浮體,采用點(diǎn)吸收方式的智能波浪發(fā)電系統(tǒng),是一種能適應(yīng)各種波形的波浪,波能轉(zhuǎn)換高效,即可構(gòu)建智能儲(chǔ)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),也可用作智能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng),具有智能化、抗風(fēng)浪強(qiáng)、低成本、易維護(hù)、易于運(yùn)行等特性。
圖I為本發(fā)明深水單體安裝時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明浮體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明波浪能捕獲裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明波浪能捕獲裝置剖面局部放大圖。圖6為本發(fā)明浮體俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明淺水單體安裝時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明深水群體安裝時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明淺水群里安裝時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明所述采用化學(xué)儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)框圖11是本發(fā)明所述采用物理儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)框圖;圖12是本發(fā)明所述化學(xué)電池儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)框圖;圖13是本發(fā)明所述抽水儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)框圖;圖14是本發(fā)明所述壓縮空氣儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)框圖;圖15是本發(fā)明所述 智能控制器與其控制部件的結(jié)構(gòu)框圖。圖中1、波浪能捕獲裝置,I. I、受力輪,I. 2、棘輪,I. 3、棘爪盤總成,I. 4、內(nèi)軸,I. 5、外軸,2、變極多速永磁發(fā)電機(jī)總成,3、DC/DC變換器,4、智能控制器,5、浮體,5. I導(dǎo)向輪,5. 2排水管,5. 3、進(jìn)氣管,5. 4、水囊,6、配重裝置,6. I、下壓盤,6. 2、下壓電機(jī),7、支架,
7.I、環(huán)形圈,8、防風(fēng)暴機(jī)構(gòu),8. I、電機(jī),8. 2、驅(qū)動(dòng)齒輪,8. 3、配合齒輪,9、錨,10、回轉(zhuǎn)裝置,
10.I、回轉(zhuǎn)輪、10. 2、重力塊,11、測(cè)速電機(jī),12、施密特觸發(fā)器,13、定時(shí)器捕捉模塊,14、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,15、位置傳感器,16、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,17、接觸器,18、浪高儀,19、CPU模塊,20、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、21、繼電器模塊。
具體實(shí)施例方式如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖10、圖11和圖15所示的一種智能發(fā)電系統(tǒng),
包括波浪能捕獲裝置I、變極多速永磁發(fā)電機(jī)2、DC/DC變換器3、智能控制器4、浮體5、配重裝置6、支架7、防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8和錨9 ;DC/DC變換器3設(shè)置于浮體5內(nèi),且通過電路與變極多速永磁發(fā)電機(jī)總成2連接;浮體5內(nèi)部設(shè)置有用于控制浮體5自身重量的配重裝置6 ;智能控制器4固定在浮體5內(nèi)部,且通過電路與防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8、配重裝置6和DC/DC變換器3連接;支架7上浮體5下端固定有用于拉伸浮體5軸向牽引繩索的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8 ;支架7通過鋪9固定在水中;如圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示波浪能捕獲裝置I包括受力輪I. I、棘輪I. 2、與棘輪I. 2配合的棘爪盤總成I. 3、內(nèi)軸I. 4和外軸I. 5 ;外軸I. 5套置在內(nèi)軸I. 4上,且通過軸承與內(nèi)軸I. 4連接;棘輪1.2固定在內(nèi)軸I. 4上;棘爪盤總成1.3固定在外軸1.5上;受力輪I. I固定在外軸I. 5上;外軸I. 5上固定有用于使外軸I. 5相對(duì)于內(nèi)軸I. 4回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)裝置10 ;波浪能捕獲裝置I固定在浮體5上端面;浮體5通過繩索牽引設(shè)置于支架7內(nèi);浮體5上設(shè)置有用于將繩索導(dǎo)向的導(dǎo)向輪5. 1,且繩索纏繞過導(dǎo)向輪5. I后與波浪能捕獲裝置I的受力輪I. I纏繞且固定;變極多速永磁發(fā)電機(jī)2設(shè)置于浮體5內(nèi)部,且變極多速永磁發(fā)電機(jī)總成2輸入軸與波浪能捕獲裝置I內(nèi)軸連接;波浪能捕獲裝置I內(nèi)軸I. 4與變極多速永磁發(fā)電機(jī)2輸入軸通過鏈條與鏈輪配合傳遞動(dòng)力;回轉(zhuǎn)裝置10包括固定在波浪能捕獲裝置I外軸I. 5上的回轉(zhuǎn)輪10. I和與回轉(zhuǎn)輪10. I通過繩索連接重力塊10. 2 ;支架7上端固定有用于連接牽引浮體5繩索的環(huán)形圈7. I ;牽引浮體5的繩索軸向上數(shù)量不少于I條,即用于浮體5與防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8連接的繩索;徑向牽引浮體5的繩索數(shù)量不少于8條,且徑向牽引浮體5的繩索均勻分布在環(huán)形圈7. I上;采用此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明由波浪能所激勵(lì)的浮體5產(chǎn)生無規(guī)律的機(jī)械運(yùn)動(dòng),通過一端固定在支架7繩索經(jīng)過浮體5的導(dǎo)向輪,然后拉動(dòng)受力輪I. I轉(zhuǎn)動(dòng),受力輪I. I轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)此處的外軸I. 5轉(zhuǎn)動(dòng),由于波浪能捕獲裝置I內(nèi)軸I. 4與各個(gè)外軸I. 5之間通過固定在內(nèi)軸I. 4上的棘輪I. 2和固定在外軸I. 5上的棘爪盤總成I. 3配合傳遞動(dòng)力,這樣就保證不管是那個(gè)方向的受力輪I. I受力都能保證內(nèi)軸旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橐粋€(gè)方向;內(nèi)軸I. 4與變極多速永磁發(fā)電機(jī)2輸入軸通過鏈條與鏈輪配合傳遞動(dòng)力,即在內(nèi)軸I. 4上固定有鏈輪,在變極多速永磁發(fā)電機(jī)2輸入軸上也固定有鏈輪,然后將兩個(gè)鏈輪通過鏈條連接起來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸;當(dāng)繩索松弛時(shí)(即浮體回位)固定在外軸I. 5上的回轉(zhuǎn)輪10. I通過重力塊10. 2的拉力實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn),這樣就帶動(dòng)此處外軸I. 5回轉(zhuǎn),使松弛的繩索重新纏繞在受力輪I. I上;本發(fā)明采用以浮體中心以軸向方向和水平延伸的八個(gè)方向?yàn)槔K索牽引點(diǎn),以下具體描述10個(gè)方向的捕獲波能實(shí)現(xiàn)a.(上方向)波浪波峰過去后,浮體落下,使一端固定支架上部,一端轉(zhuǎn)繞在上受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)上受力輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。b.(下方向)波浪激勵(lì)浮體上升,使一端固定潛浮體下部或支架下部,一端轉(zhuǎn)繞在下受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)下受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配額將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能 傳遞到內(nèi)軸。c.(東方向)波浪從東邊方向入射,浮體向西方向搖晃,使一端固定支架東端,一端轉(zhuǎn)繞在東受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)?xùn)|受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。d.(西方向)波浪從西邊方向入射,浮體向東方向搖晃,使一端固定支架西部,一端轉(zhuǎn)繞在西受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)西受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。e.(南方向)波浪從南邊方向入射,浮體向北方向搖晃,使一端固定支架南部,一端轉(zhuǎn)繞在南受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)南受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。f.(北方向)波浪從北邊方向入射,浮體向南方向搖晃,使一端固定支架北部,一端轉(zhuǎn)繞在北受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)北受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。g.(東南方向)波浪從東南方向入射,浮體向西北方向搖晃,使一端固定支架東南部,一端轉(zhuǎn)繞在東南受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)?xùn)|南受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。h.(東北方向)波浪從東北方向入射,浮體向西南方向搖晃,使一端固定支架東北部,一端轉(zhuǎn)繞在東北受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)?xùn)|北受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。i.(西南方向)波浪從西南方向入射,浮體向東北方向搖晃,使一端固定支架西南部,一端轉(zhuǎn)繞在西南受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)西南受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。j.(西北方向)波浪從西北方向入射,浮體向東南方向搖晃,使一端固定支架西北部,一端轉(zhuǎn)繞在西北受力轉(zhuǎn)輪上的繩索拉緊,帶動(dòng)西北受力轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),由棘輪與棘爪盤總成配合將轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能傳遞到內(nèi)軸。如圖2所示浮體5底部設(shè)置有空腔,且空腔位置設(shè)置有帶閥門的排水管5. 2和帶有閥門的進(jìn)氣管5. 3,且進(jìn)氣管5. 3軸向伸出與浮體5 ;浮體5空腔內(nèi)部設(shè)置有水囊5. 4 ;配重裝置6包括下壓盤6. I和用于驅(qū)動(dòng)下壓盤6. I沿著浮體5軸向方向上運(yùn)動(dòng)的下壓電機(jī)6.2 ;下壓盤6. I與浮體5內(nèi)水囊5. 4上表面固定;上述結(jié)構(gòu)是為了使浮體與自然波浪產(chǎn)生共振以達(dá)到浮體吸收波浪功最優(yōu),采用可變配重系統(tǒng),采用本發(fā)明的智能波浪發(fā)電單元的智能控制器4及各相關(guān)組成測(cè)量自然波浪的震蕩周期,計(jì)算出波浪的震蕩頻率,然后調(diào)節(jié)浮體5的自重,使浮體5的固有震蕩頻率與波浪的震蕩頻率相同;具體實(shí)現(xiàn)可在下受力轉(zhuǎn)輪外軸上安裝直流測(cè)速電機(jī)11,在浮體5上浮時(shí)發(fā)電且電壓與轉(zhuǎn)速成正比極性為正,在浮體下落時(shí)發(fā)電且電壓與轉(zhuǎn)速成正比極性為負(fù),這時(shí)測(cè)速電機(jī)11信號(hào)分兩路一路送到智能控制器4外圍電路中的施密特觸發(fā)器12上,由施密特觸發(fā)器12檢測(cè)測(cè)速電機(jī)的極性,極性為正輸出高電平,極性為負(fù)輸出低電平,施密特觸發(fā)器12輸出引腳接到單片機(jī)中定時(shí)器的捕獲模塊13捕獲引腳,捕獲模塊捕獲幾次高電平或低電平的周期并求平均值,此值為自然波浪的半周期,根據(jù)周期計(jì)算出自然波浪的震蕩頻率(ω=2π/ Τ);另一路信號(hào)送到單片機(jī)中的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14,測(cè)速電機(jī)的電壓模擬量為外軸的轉(zhuǎn)速,用外軸的轉(zhuǎn)速推算出永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,用外軸1.5的轉(zhuǎn)速和波浪的周期以及下受力輪I. I的直徑推算出波浪的波高;位置傳感器15測(cè)量灌水皮囊頂部位置,其位置模擬量由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊16轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,儲(chǔ)存在CPU模塊19寄存器中,用位置傳感器15的模擬量計(jì)算出本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)重量;根據(jù)自然波浪的震蕩頻率與浮體5的固有震蕩頻率相等的條件,推算出本系統(tǒng)的應(yīng)有重量,將應(yīng)有重量與現(xiàn)時(shí)重量比較,當(dāng)需要浮體5減輕重量時(shí),智能控制器4控制配重裝置6的下壓電機(jī)6. 2工作,即下壓電機(jī)6. 2的帶動(dòng)下壓盤6. I擠壓浮體5空腔內(nèi)的水囊5. 4,擠壓水囊5. 4同時(shí)打開排水管5. 2和進(jìn)氣管5. 3的電磁閥,使水囊5. 4內(nèi)部的水排出,浮體5空腔內(nèi)的空氣增加;當(dāng)需要浮體5增加重量時(shí),智能控制器4控制配重裝置6的下壓電機(jī)6. 2工作,即下壓電機(jī)6. 2帶動(dòng)下壓盤6. I向上提升水囊5. 4,提升水囊5. 4同時(shí)打開排水管5. 2和進(jìn)氣管5. 3的電磁閥,使水囊5. 4內(nèi)部的水增加,浮體5空腔內(nèi)的空氣減少;這樣就實(shí)現(xiàn)了浮體5的重量的可變,最終實(shí)現(xiàn)浮體5與自然波浪產(chǎn)生共振;這種可變配重可設(shè)成定時(shí)動(dòng)作或者實(shí)時(shí)動(dòng)作;由于波浪的浪高無規(guī)律,其范圍從O. I米至十幾米,而轉(zhuǎn)輪的直徑是固定的,在廣闊的波高范圍,固定直徑的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁哌_(dá)幾十倍之多,因此本系統(tǒng)采用變極多速永磁發(fā)電機(jī)的手段,使系統(tǒng)適應(yīng)各種波高的轉(zhuǎn)速要求,達(dá)到波浪能最優(yōu)采集;以變極3速永磁發(fā)電機(jī)為例,其具體實(shí)現(xiàn)如果受力轉(zhuǎn)輪I. I的直徑為O. 3米,波浪的周期為4秒,則從浪高O. I米的微波至浪高4米的大浪,系統(tǒng)內(nèi)軸的轉(zhuǎn)速范圍從12轉(zhuǎn)/分至510轉(zhuǎn)/分,具體細(xì)分在浪高O. I米的微波至浪高I. 5米的中浪時(shí),內(nèi)軸的轉(zhuǎn)速在(12轉(zhuǎn)/分至187轉(zhuǎn)/分)區(qū)間,在浪高I. 6米的中浪至浪高2米的中浪時(shí),內(nèi)軸的轉(zhuǎn)速在(199轉(zhuǎn)/分至250轉(zhuǎn)/分)區(qū)間,在浪高2. I米的中浪至浪高4米的大浪時(shí),內(nèi)軸的轉(zhuǎn)速在(262轉(zhuǎn)/分至510轉(zhuǎn)/分)區(qū)間;如果變極3速永磁發(fā)電機(jī)的額定頻率為34ΗΖ,則發(fā)電機(jī)為22極時(shí),其轉(zhuǎn)速范圍是(O轉(zhuǎn)/分至187轉(zhuǎn)/分),發(fā)電機(jī)為14極時(shí),其轉(zhuǎn)速范圍是(O轉(zhuǎn)/分至255轉(zhuǎn)/分),發(fā)電機(jī)為8極時(shí),其轉(zhuǎn)速范圍是(O轉(zhuǎn)/分至510轉(zhuǎn)/分);使系統(tǒng)適應(yīng)各種波高的轉(zhuǎn)速要求,由(裝在下受力轉(zhuǎn)輪I. I的外軸I. 5上)測(cè)速電機(jī)11測(cè)量外軸I. 5的轉(zhuǎn)速,微處理器判斷內(nèi)軸I. 4的轉(zhuǎn)速,如果內(nèi)軸I. 4的轉(zhuǎn)速在(轉(zhuǎn)速12轉(zhuǎn)/分至187轉(zhuǎn)/分)區(qū)間,則由智能控制器4發(fā)出把永磁發(fā)電機(jī)2通過繼電器模塊21控制接觸器17切換為22極的指令,如果內(nèi)軸I. 4的轉(zhuǎn)速在(轉(zhuǎn)速199轉(zhuǎn)/分至250轉(zhuǎn)/分)區(qū)間,則由智能控制器4發(fā)出把永磁發(fā)電機(jī)2通過繼電器模塊21控制接觸器17切換為14極的指令,如果內(nèi)軸I. 4的轉(zhuǎn)速在(轉(zhuǎn)速262轉(zhuǎn)/分至510轉(zhuǎn)/分)區(qū)間,則由智能控制器4發(fā)出把永磁發(fā)電機(jī)2通過繼電器模塊21控制接觸器17切換為8極的指令,如圖2、圖3、圖5和圖15所示;用永磁發(fā)電機(jī)的2個(gè)優(yōu)點(diǎn),其一是無需增速變速箱,使系統(tǒng)可靠,減低成本。其二是無需勵(lì)磁,節(jié)能聞效;
盡管系統(tǒng)采取變極多速發(fā)電的措施,但每個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速是波動(dòng)的,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出電壓的波動(dòng),因此本系統(tǒng)采取DC/DC變換器3,在某個(gè)區(qū)間的低速段,發(fā)電機(jī)的電壓較低,通過DC/DC變換器3中的BOOST電路構(gòu)成直流升壓,使達(dá)到恒定的直流電壓輸出,并在模塊的末端配置大電容或超級(jí)電容或蓄電池,便于多單元并接,便于逆變并網(wǎng),便于儲(chǔ)能;智能控制器4可采用單片機(jī)編程的方式實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)各功能模塊工作,是本系統(tǒng)的中樞,其構(gòu)建的智能波浪發(fā)電系統(tǒng),即可以用作智能儲(chǔ)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),也可用作智能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng);支架7的作用是能吸收浮體5下落能量以及浮體5搖晃的能量,支架分幾種方式安裝當(dāng)本發(fā)明智能波浪發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在淺灘時(shí),安裝方式可分為單體海底安裝,單個(gè)智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架直接固定在海床上如圖7所
/Jn ο群體海底安裝,成群的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架排成等距直線,固定在海床上的水平支架上,水平支架的垂直樁固定在海床上,每個(gè)單元之間的距離為小于此海域常年的平均波浪波長(zhǎng)除以n,其目的是使各單元構(gòu)成水波的“天線效應(yīng)”(水波聚集),達(dá)到本系統(tǒng)波浪能最優(yōu)采集如圖9所示;當(dāng)本發(fā)明智能波浪發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在深水區(qū)時(shí),需要在海水中放置潛浮體,單個(gè)智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架固定在潛浮體上,由錨繩或錨鏈和海底張緊錨系駐潛浮體,潛浮體潛浮在海水中如圖I所示;群體潛浮體安裝,成群的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元的支架排成等距直線,固定在潛浮體上,由錨繩或錨鏈和海底張緊錨系駐潛浮體,潛浮體潛浮在海水中,每個(gè)單元之間的距離為小于此海域常年的平均波浪波長(zhǎng)除以H,其目的是使各單元構(gòu)成水波的“天線效應(yīng)”(水波聚集),達(dá)到本系統(tǒng)波浪能最優(yōu)采集如圖8所示。防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8包括電機(jī)8. I、固定在電機(jī)8. I軸端的驅(qū)動(dòng)齒輪8. 2和固定在軸向牽引浮體5繩索末端連接受力輪I. I上的配合齒輪8.3 ;防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8作用為若浪高超出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的浪聞,則視為遇到臺(tái)風(fēng)或風(fēng)暴,防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)下受力輪I. I收緊浮體5下面的繩索,使浮體5下沉,并抱閘,防止系統(tǒng)遭受破壞,智能控制器4實(shí)時(shí)判斷浪聞。如圖3和圖15所不;具體實(shí)施為智能控制器4實(shí)時(shí)判斷浪聞,若浪聞超出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的浪聞,則視為遇到臺(tái)風(fēng)或風(fēng)暴,智能控制器4發(fā)出指令,通過繼電器模塊21控制,讓防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8中的電機(jī)8. I轉(zhuǎn)動(dòng),通過固定在電機(jī)8. I軸端的驅(qū)動(dòng)齒輪8. 2與外軸I. 5上的配合齒輪8. 3嚙合,進(jìn)而帶動(dòng)下受力轉(zhuǎn)輪I. I收緊軸向牽引浮體5下面的繩索,使浮體5下沉,浮體5下沉到位后,防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8抱閘,防止系統(tǒng)遭受:破壞。中央基站通過浪聞儀18檢測(cè)浪聞,如果浪聞低于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的浪高,中央基站通過網(wǎng)絡(luò)通知智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元,智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元收到信息,智能控制器4發(fā)出指令,通過繼電器模塊21控制,防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8松閘,智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元重新投入工作。多個(gè)智能波浪發(fā)電單元;與每個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出端并聯(lián)連接,用于匯總多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能并傳送電能的母線;與母線并聯(lián)連接,用于對(duì)匯總的多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能進(jìn)行DC-AC變換的逆變電路;當(dāng)采用化學(xué)儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸入端,利用化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn) 換進(jìn)行儲(chǔ)能的化學(xué)儲(chǔ)能裝置;所述逆變電路的輸出端與并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接;當(dāng)采用物理儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸出端,利用機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲(chǔ)能的物理儲(chǔ)能裝置;所述物理儲(chǔ)能裝置的輸出端與并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接;連接儲(chǔ)能裝置,用于控制和管理能量?jī)?chǔ)存和釋放的儲(chǔ)能管理電路;所述儲(chǔ)能管理電路為化學(xué)儲(chǔ)能管理電路或物理儲(chǔ)能管理電路;連接電網(wǎng)輸入端,用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)載耗電功率的負(fù)載監(jiān)測(cè)電路;分別通過組網(wǎng)連接多個(gè)智能波浪發(fā)電單元、儲(chǔ)能管理電路和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路,用于實(shí)時(shí)查詢各個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率和電網(wǎng)負(fù)載耗電功率并根據(jù)查詢結(jié)果累加多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率并控制調(diào)節(jié)儲(chǔ)存能量大小和釋放能量大小的中央基站;所述中央基站還設(shè)有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浪高并發(fā)送浪高參數(shù)的浪高儀18 ;進(jìn)一步地,所述智能波浪發(fā)電單元的電控部分包括用于利用波浪能進(jìn)行變極多速發(fā)電的變極多速永磁發(fā)電機(jī)2 ;連接變極多速永磁發(fā)電機(jī)2,用于切換變極多速永磁發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)的接觸器17 ;通過接觸器17與變極多速永磁發(fā)電機(jī)2相連接,用于對(duì)變極多速永磁發(fā)電機(jī)2輸出的交流電進(jìn)行整流的整流電路;連接整流電路輸出端,用于對(duì)整流電路輸出的直流電壓進(jìn)行升壓并穩(wěn)壓的DC-DC變換器3 ;用于測(cè)量外軸I. 5轉(zhuǎn)速的測(cè)速電機(jī)11 ;用于測(cè)量灌水皮囊頂部位置的位置傳感器15 ;智能控制器4;所述智能控制器4包括連接測(cè)速電機(jī)11,用于檢測(cè)測(cè)速電機(jī)極性的施密特觸發(fā)器12 ;連接施密特觸發(fā)器12,用于捕獲施密特觸發(fā)器12輸出的一定數(shù)量高電平和低電平的定時(shí)器捕獲模塊13 ;連接測(cè)速電機(jī)11,用于將測(cè)速電機(jī)11的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14 ;
連接位置傳感器15,用于對(duì)位置傳感器輸出的位置信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊16 ;用于與中央基站組網(wǎng)進(jìn)行通訊的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊20 ;分別連接定時(shí)器捕獲模塊13、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊16和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊20,用于根據(jù)定時(shí)器捕獲模塊13所捕獲的一定數(shù)量的高電平和低電平的維持時(shí)間計(jì)算自然波浪的周期和振蕩頻率、用于根據(jù)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14傳輸過來的測(cè)速電機(jī)11輸出電壓信號(hào)得出變極多速永磁發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速并結(jié)合波浪周期和受力輪的直徑計(jì)算波浪的浪高、用于根據(jù)第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊16傳輸過來的位置信號(hào)計(jì)算配重裝置6的實(shí)時(shí)重量值、用于根據(jù)浮體5的固有振蕩頻率和自然波浪的振蕩頻率與浮體5的固有振蕩頻率相等的條件計(jì)算配重裝置6的應(yīng)有重量值、用于比較計(jì)算出來的應(yīng)有重量值和實(shí)時(shí)重量值,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值大于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出減重指令,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值大于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出增重指令直至實(shí)時(shí)重量值與應(yīng)有重量值相等和用于根據(jù)變極多速永磁發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速控制接觸器17切換動(dòng)作、用于根據(jù)計(jì)算出的浪高參數(shù)以及通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊20得到浪高儀18發(fā) 送的浪高參數(shù)控制防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8動(dòng)作的CPU模塊19 ;所述電控部分還包括通過繼電器模塊21與CPU模塊19相連接,用于根據(jù)CPU模塊19發(fā)出的增重指令和減重指令進(jìn)行開關(guān)的電磁閥;通過繼電器模塊21與CPU模塊19相連接,根據(jù)接收到的不同的CPU模塊19傳輸過來的控制動(dòng)作指令分別完成抱閘松閘動(dòng)作和控制浮體上升下沉的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)8 ;所述接觸器17的控制端通過繼電器模塊21與CPU模塊19相連接,接收CPU模塊19傳輸過來的接觸器17切換動(dòng)作指令;進(jìn)一步地,所述DC-DC變換器3的輸出端并聯(lián)連接有超級(jí)電容;進(jìn)一步地,所述母線的分布電容與DC-DC變換器3的輸出端接有的超級(jí)電容并聯(lián);如圖12所示為本發(fā)明所述采用化學(xué)儲(chǔ)能時(shí)其中化學(xué)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;多個(gè)化學(xué)電池組成化學(xué)電池組并聯(lián)接在逆變電路的輸入端,實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存,化學(xué)儲(chǔ)能管理電路完成化學(xué)電池的充電放電管理,同時(shí)中央基站根據(jù)所查詢的多個(gè)智能波浪單元的發(fā)電功率和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路反饋的負(fù)載耗電功率發(fā)送所需儲(chǔ)能大小的信號(hào)給化學(xué)儲(chǔ)能管理電路;化學(xué)儲(chǔ)能管理電路據(jù)此控制所儲(chǔ)存能量的釋放;如圖13所示為本發(fā)明所述采用物理儲(chǔ)能時(shí)其中抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;所述儲(chǔ)能裝置包括多個(gè)水泵、下水庫(kù)、上水庫(kù)、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī);多個(gè)智能波浪單元的DC-DC變換器輸出端分別連接逆變電路,逆變電路分別輸出三相交流電壓給多個(gè)水泵,水泵將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù),實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存能量,物理儲(chǔ)能管理電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上水庫(kù)蓄水量、同時(shí)中央基站根據(jù)所查詢的多個(gè)智能波浪單元的發(fā)電功率和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路反饋的負(fù)載耗電功率發(fā)送所需儲(chǔ)能大小的信號(hào)給物理儲(chǔ)能管理電路;物理儲(chǔ)能管理電路據(jù)此控制所儲(chǔ)存水量的釋放;水輪機(jī)將水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能再經(jīng)由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出給電網(wǎng);如圖14所示為本發(fā)明所述采用物理儲(chǔ)能時(shí)其中壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;所述儲(chǔ)能裝置包括多個(gè)氣泵、儲(chǔ)氣罐或沉降在海底的氣罐、空氣透平機(jī)和發(fā)電機(jī);多個(gè)智能波浪單元的DC-DC變換器輸出端分別連接逆變電路,逆變電路分別輸出三相交流電壓給多個(gè)氣泵,氣泵將電能用于壓縮空氣,將空氣高壓密封在儲(chǔ)氣罐或沉降在海底的氣罐,物理儲(chǔ)能管理電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣罐或沉降在海底的氣罐的蓄氣量、同時(shí)中央基站根據(jù)所查詢的多個(gè)智能波浪單元的發(fā)電功率和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路反饋的負(fù)載耗電功率發(fā)送所需儲(chǔ)能大小的信號(hào)給物理儲(chǔ)能管理電路;物理儲(chǔ)能管理電路據(jù)此控制所儲(chǔ)存空氣的釋放;空氣透平機(jī)將空氣的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能再經(jīng)由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出給電網(wǎng);智能儲(chǔ)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),以最大汲取自然波浪能和以優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量并入電網(wǎng)為目的。其構(gòu)思為如圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15所示,在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)中央基站(陸基或?;?,基站與各智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元之間由網(wǎng)絡(luò)通訊模塊20進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊,實(shí)時(shí)查詢各個(gè)單元的發(fā)電功率,將各個(gè)單元的發(fā)電功率進(jìn)行累加并分級(jí)儲(chǔ)能。(圖11,圖13)以抽水蓄能為例,(壓縮空氣儲(chǔ)能控制方式抽水蓄能相似(圖14)、例如,假設(shè)此海域最大即時(shí)功率為1MW,則系統(tǒng)用25個(gè)功率為40kW的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元和I個(gè)中央基站和I個(gè)浪高儀及若干物理儲(chǔ)能電路構(gòu)建,分20段儲(chǔ)能控制(分段越多越好,視成本情況),用20臺(tái)50kW水泵接入送往高落差蓄水庫(kù)的管道,基站計(jì)算機(jī)根據(jù)各發(fā)電單元的功率累加分級(jí)投入水泵抽水儲(chǔ)能,如果此時(shí)智能波浪發(fā)電系統(tǒng)的功率為500kW,則投入10臺(tái)水泵(軟啟動(dòng)),某 時(shí)刻系統(tǒng)的功率為565kW,則再投入I臺(tái)水泵,為11 X 50kW,某時(shí)刻系統(tǒng)的功率為460kW,則系統(tǒng)切掉2臺(tái)水泵,為9X50kW,如此達(dá)到最大汲取自然波浪能。蓄水庫(kù)通過管道推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電(優(yōu)質(zhì)電能),并入電網(wǎng)。智能儲(chǔ)能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),以最大汲取自然波浪能和以最大程度地滿足用戶隨時(shí)變化的即時(shí)用電負(fù)載功率為目的。其物理儲(chǔ)能離網(wǎng)發(fā)電構(gòu)思為如圖11、圖13和圖14所示,其化學(xué)儲(chǔ)能離網(wǎng)發(fā)電構(gòu)思為如圖10和圖12所示。以化學(xué)電池為例,例如,根據(jù)離網(wǎng)區(qū)域的用電容量,配備相應(yīng)數(shù)量的智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元,配備相應(yīng)數(shù)量的化學(xué)電池,化學(xué)電池的容量大于本區(qū)域日最大用電量(圖12)。在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)中央基站(陸基或海基)和I個(gè)浪高儀以及若干化學(xué)儲(chǔ)能管理電路構(gòu)建,基站與各智能波浪發(fā)電系統(tǒng)單元之間由網(wǎng)絡(luò)通訊模塊20進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊,實(shí)時(shí)控制和調(diào)度系統(tǒng)的負(fù)載工況和儲(chǔ)能工況,由化學(xué)儲(chǔ)能管理電路執(zhí)行合理充電和科學(xué)放電。例如,如果此刻用戶的負(fù)載功率是300kW,而整個(gè)波浪發(fā)電系統(tǒng)功率是500kW,中央基站實(shí)時(shí)調(diào)度300kW給用戶,分配200kW用于化學(xué)電池充電儲(chǔ)能,如果此刻用戶的負(fù)載功率是600kW,而整個(gè)波浪發(fā)電系統(tǒng)功率是400kW,中央基站不僅實(shí)時(shí)調(diào)度整個(gè)波浪發(fā)電系統(tǒng)的400kW給用戶,而且通過化學(xué)儲(chǔ)能管理電路執(zhí)行化學(xué)電池放電,釋放化學(xué)電池組中的200kW電能分配給用戶負(fù)載,以滿足用戶的需求。如圖15所示智能控制器的CPU模塊根據(jù)測(cè)速電機(jī)輸出電壓信號(hào)得出變極多速永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并結(jié)合波浪周期和轉(zhuǎn)輪的直徑計(jì)算波浪的浪高,計(jì)算過程如下由轉(zhuǎn)速η=60 ω Ztl/ π 2r其中r為轉(zhuǎn)輪半徑,ω為浮體振蕩頻率,得出浮體起伏幅度Ztl值,由Ztl=(系數(shù)-FtlVPgAwp,其中P為海水質(zhì)量密度,g為重力加速度,Awp為浮體截面積,得出浮體所受波浪力 F0,由 F0=[ (PgHAwp)/4* (I — Ji2R2)/2X2]*[e(_2nD)A+l],其中 R 為浮體底面半徑,D為浮體底面直徑,波浪波長(zhǎng)λ=δΤ2/2π,T為波浪周期,根據(jù)定時(shí)器捕獲模塊所捕獲的一定數(shù)量的高電平和低電平的維持時(shí)間計(jì)算自然波浪的周期和振蕩頻率,從而得出浪高H ;智能控制器4的CPU模塊19根據(jù)浮體5的固有振蕩頻率和自然波浪的振蕩頻率與浮體5的固有振蕩頻率相等的條件計(jì)算配重裝置6的應(yīng)有重量值,M=(PgAwp T2)/(4π2)-(P D3)/6,其中P為海水質(zhì)量密度,g為重力加速度,Awp為浮體5截面積,T為波浪周期,D為浮體底面直徑;從而得出配重裝置6的應(yīng)有重量值;本發(fā)明提供的一種智能發(fā)電系統(tǒng),通過采用多個(gè)智能波浪發(fā)電單元,充分利用自然波浪能,節(jié)能環(huán)保;采用中央基站根據(jù)負(fù)載工況實(shí)時(shí)控制和管理發(fā)電單元以及儲(chǔ)能工況,保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性;通過附加的可以為化學(xué)儲(chǔ)能或物理儲(chǔ)能的儲(chǔ)能裝置,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)負(fù)載不同而合理利用系統(tǒng)備用能量并且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性;每個(gè)智能波浪發(fā)電單元均采用DC-DC變換器,不僅實(shí)現(xiàn)了升壓且保證了輸出電壓的穩(wěn)定性;每個(gè)智能波浪發(fā)電單元均通過施密特觸發(fā)器、測(cè)速電機(jī)和位置傳感器等實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)行波浪情況的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分工況,再通過智能控制器分析計(jì)算自然波浪的周期、振蕩頻率、浪高等波浪參數(shù),從而根據(jù)當(dāng)前波浪參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)各相關(guān)組成,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最優(yōu)利用波浪能和穩(wěn)定高效。
以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種智能發(fā)電系統(tǒng),其特征在于包括 多個(gè)智能波浪發(fā)電單元; 與每個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出端并聯(lián)連接,用于匯總多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能并傳送電能的母線; 與母線并聯(lián)連接,用于對(duì)匯總的多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的輸出電能進(jìn)行DC-AC變換的逆變電路; 當(dāng)采用化學(xué)儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸入端,利用化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲(chǔ)能的化學(xué)儲(chǔ)能裝置;所述逆變電路的輸出端并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接; 當(dāng)采用物理儲(chǔ)能時(shí),還包括并聯(lián)接在逆變電路輸出端,利用機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲(chǔ)能的物理儲(chǔ)能裝置;所述物理儲(chǔ)能裝置的輸出端并入電網(wǎng)或與離網(wǎng)用戶連接; 連接儲(chǔ)能裝置,用于控制和管理能量?jī)?chǔ)存和釋放的儲(chǔ)能管理電路;所述儲(chǔ)能管理電路為化學(xué)儲(chǔ)能管理電路或物理儲(chǔ)能管理電路; 連接電網(wǎng)輸入端,用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)載耗電功率的負(fù)載監(jiān)測(cè)電路; 分別通過組網(wǎng)連接多個(gè)智能波浪發(fā)電單元、儲(chǔ)能管理電路和負(fù)載監(jiān)測(cè)電路,用于實(shí)時(shí)查詢各個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率和電網(wǎng)負(fù)載耗電功率并根據(jù)查詢結(jié)果累加多個(gè)智能波浪發(fā)電單元的發(fā)電功率并控制調(diào)節(jié)儲(chǔ)存能量大小和釋放能量大小的中央基站; 所述中央基站還設(shè)有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浪高并發(fā)送浪高參數(shù)的浪高儀(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述智能波浪發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)部分包括波浪能捕獲裝置(I )、變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2)、DC/DC變換器(3)、智能控制器(4)、浮體(5)、配重裝置(6)、支架(7)、防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8)和錨(9);所述波浪能捕獲裝置(I)包括受力輪(I. I)、棘輪(I. 2)、與棘輪(I. 2)配合的棘爪盤總成(I. 3)、內(nèi)軸(I. 4)和外軸(I. 5);所述外軸(I. 5)套置在內(nèi)軸(I. 4)上;所述棘輪(I. 2)固定在內(nèi)軸(I. 4)上;所述棘爪盤總成(I. 3)固定在外軸(I. 5)上;所述受力輪(I. I)固定在外軸(I. 5)上;所述外軸(I. 5)上固定有用于使外軸(I. 5)相對(duì)于內(nèi)軸(I. 4)回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)裝置(10);所述波浪能捕獲裝置(I)固定在浮體(5)上端面;所述浮體(5)通過繩索牽引設(shè)置于支架(7)內(nèi);所述浮體(5)上設(shè)置有用于將繩索導(dǎo)向的導(dǎo)向輪(5.1),且所述繩索纏繞過導(dǎo)向輪(5. I)后與波浪能捕獲裝置(I)的受力輪(I. I)纏繞且固定;所述變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2)設(shè)置于浮體(5)內(nèi)部,且變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2)輸入軸與波浪能捕獲裝置(I)內(nèi)軸連接;所述DC/DC變換器(3)設(shè)置于浮體(5)內(nèi),且通過電路與變極多速永磁發(fā)電機(jī)總成(2)連接;所述浮體(5)內(nèi)部設(shè)置有用于控制浮體(5)自身重量的配重裝置(6);所述智能控制器(4)固定在浮體(5)內(nèi)部,且通過電路與防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8 )、配重裝置(6 )和DC/DC變換器(3 )連接;所述支架(7 )上浮體(5)下端固定有用于拉伸浮體(5)軸向牽引繩索的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8);所述支架(7)通過錨(9)固定在水中;回轉(zhuǎn)裝置(10)包括固定在波浪能捕獲裝置(I)外軸(I. 5)上的回轉(zhuǎn)輪(10. I)和與回轉(zhuǎn)輪(10. I)通過繩索連接重力塊(10. 2);支架(7)上端固定有用于連接牽引浮體(5)繩索的環(huán)形圈(7. I);所述牽引浮體(5)的繩索軸向上數(shù)量不少于I條,徑向牽引浮體(5)的繩索數(shù)量不少于8條,且所述徑向牽引浮體(5)的繩索均勻分布在環(huán)形圈(7. I)上;所述防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8)包括電機(jī)(8. I)、固定在電機(jī)(8. I)軸端的驅(qū)動(dòng)齒輪(8. 2)和固定在軸向牽引浮體(5)繩索末端連接受力輪(I. I)上的配合齒輪(8. 3);所述浮體(5)底部設(shè)置有空腔,且空腔位置設(shè)置有帶電磁閥的排水管(5. 2)和帶有電磁閥的進(jìn)氣管(5. 3),且所述進(jìn)氣管(5. 3)軸向伸出與浮體(5);浮體(5)空腔內(nèi)部設(shè)置有水囊(5. 4);所述配重裝置(6)包括下壓盤(6. I)和用于驅(qū)動(dòng)下壓盤(6. I)沿著浮體(5)軸向方向上運(yùn)動(dòng)的下壓電機(jī)(6. 2);所述下壓盤(6. I)與浮體(5)內(nèi)水囊(5. 4)上表面固定;波浪能捕獲裝置(I)內(nèi)軸(I. 4)與變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2)輸入軸通過鏈條與鏈輪配合傳遞動(dòng)力;所述浮體(5)內(nèi)設(shè)置有用于檢測(cè)外軸(1. 5 )轉(zhuǎn)速的測(cè)速電機(jī)(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述智能波浪發(fā)電單元的電控部分包括 用于利用波浪能進(jìn)行變極多速發(fā)電的變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2); 連接變極多速永磁發(fā)電機(jī),用于切換變極多速永磁發(fā)電機(jī)(2)的磁極對(duì)數(shù)的接觸器(17); 通過接觸器(17 )與變極多速永磁發(fā)電機(jī)相連接,用于對(duì)變極多速永磁發(fā)電機(jī)輸出的交流電進(jìn)行整流的整流電路; 連接整流電路輸出端,用于對(duì)整流電路輸出的直流電壓進(jìn)行升壓的DC-DC變換器(3); 用于檢測(cè)外軸(I. 5)轉(zhuǎn)速的測(cè)速電機(jī)(11); 用于檢測(cè)水囊(5. 4)頂部位置的位置傳感器(15); 智能控制器(4); 所述智能控制器(4)包括 連接測(cè)速電機(jī)(11),用于檢測(cè)測(cè)速電機(jī)(11)極性的施密特觸發(fā)器(12); 連接施密特觸發(fā)器(12),用于捕獲施密特觸發(fā)器(12)輸出的一定數(shù)量高電平和低電平的定時(shí)器捕獲模塊(13); 連接測(cè)速電機(jī)(11),用于將測(cè)速電機(jī)(11)的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14); 連接位置傳感器(15),用于對(duì)位置傳感器(15)輸出的位置信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(16); 用于與中央基站組網(wǎng)進(jìn)行通訊的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(20); 分別連接定時(shí)器捕獲模塊(13)、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(16)和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(20),用于根據(jù)定時(shí)器捕獲模塊(13)所捕獲的一定數(shù)量的高電平和低電平的維持時(shí)間計(jì)算自然波浪的周期和振蕩頻率、用于根據(jù)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)傳輸過來的測(cè)速電機(jī)輸出電壓信號(hào)得出變極多速永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并結(jié)合波浪周期和受力輪(I. I)的直徑計(jì)算波浪的浪高、用于根據(jù)第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(16)傳輸過來的位置信號(hào)計(jì)算配重裝置(6)的實(shí)時(shí)重量值、用于根據(jù)浮體(5)的固有振蕩頻率和自然波浪的振蕩頻率相等的條件計(jì)算配重裝置(6)的應(yīng)有重量值、用于比較計(jì)算出來的應(yīng)有重量值和實(shí)時(shí)重量值,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值大于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出減重指令,當(dāng)實(shí)時(shí)重量值小于應(yīng)有重量值時(shí)發(fā)出增重指令直至實(shí)時(shí)重量值與應(yīng)有重量值相等和用于根據(jù)變極多速永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制接觸器切換動(dòng)作、用于根據(jù)計(jì)算出的浪高參數(shù)以及通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(20)得到浪高儀(18)發(fā)送的浪高參數(shù)控制防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8)動(dòng)作的CPU模塊(19); 所述電控部分還包括通過繼電器模塊(21)與CPU模塊(19)相連接,用于根據(jù)CPU模塊(19)發(fā)出的增重指令和減重指令進(jìn)行開關(guān)的電磁閥;通過繼電器模塊(21)與CPU模塊(19)相連接,根據(jù)接收到的不同的CPU模塊(19)傳輸過來的控制動(dòng)作指令分別完成抱閘松閘動(dòng)作和控制浮體(5)上升下沉的的防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)(8); 所述接觸器(17)的控制端通過繼電器模塊(21)與CPU模塊(19)相連接,接收CPU模塊(19)傳輸過來的接觸器(17)切換動(dòng)作指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述DC-DC變換器的輸出端并聯(lián)連接有超級(jí)電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能波浪發(fā)電系統(tǒng),包括多個(gè)智能波浪發(fā)電單元、母線、逆變電路、化學(xué)儲(chǔ)能裝置或物理儲(chǔ)能裝置、儲(chǔ)能管理電路、負(fù)載檢測(cè)電路、中央基站和浪高儀;每個(gè)智能波浪發(fā)電單元的包括波浪能捕獲裝置、變極多速永磁發(fā)電機(jī)、DC/DC變換器、智能控制器、浮體、配重裝置、支架、防風(fēng)暴機(jī)構(gòu)和錨、接觸器、整流電路、DC-DC變換器、測(cè)速電機(jī)和位置傳感器;本發(fā)明適用各種波形的波浪,波能轉(zhuǎn)換高效,發(fā)電穩(wěn)定,所發(fā)的電能優(yōu)質(zhì),智能化,抗風(fēng)浪強(qiáng)﹑低成本﹑易維護(hù)。
文檔編號(hào)F03B13/14GK102943734SQ201210334700
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者周建青 申請(qǐng)人:周建青