CN103485966B - 波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波浪能发电装置，包括设置于平台上的、且依次连接的波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器，还包括与波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均连接的控制系统；能量转换机构内部设置有调速阀，变流器的电流输出端连接电网。波浪能发电装置通过波浪能采集机构将波浪能转换为机械能，传递至能量转换机构，转换为旋转机械能，带动发电机旋转发电；发电机输出的电流通过变流器转换为与电网电压、频率相同的电流，可直接并入电网；控制系统实时采集波浪能发电装置各环节的状态信号，并对能量转换机构、发电机和变流器进行协调控制，实现对输出功率的控制，并保证波浪能发电装置输出电能满足要求。

Description

波浪能发电装置

技术领域

本发明属于发电系统技术领域，特别是涉及一种波浪能发电装置。

背景技术

波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能，波浪能是一种近乎无限的能量资源，利用波浪能发电给工业和生活用电带来了供电保障，带来了很大的方便。

目前，常用的波浪能发电技术是采用波浪能采集机构采集波浪能，通过能量转换机构和发电机将波浪波动产生的能量转化为电能，并将发电机直接接入电网或直接带电器负载，将产生的电能直接并网或使用。

但是，由于波浪能的间歇性和波动性，发电机产生的电能质量无法达到直接并网和使用的要求，将产生的电能直接接入电网会对电网带来不利影响。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术中发电机产生的电能质量差、无法达到直接并网和使用的要求的缺陷，提供一种波浪能发电装置。

其技术方案如下：

一种波浪能发电装置，包括设置于平台上的、且依次连接的波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器，还包括与所述波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均电连接的控制系统；所述能量转换机构内部设置有调速阀，所述变流器连接电网。

下面对进一步技术方案进行说明：

所述能量转换机构还包括动力执行元件、增压器、蓄能器和原动机，所述动力执行元件、增压器、调速阀和原动机依次连接；所述增压器和调速阀之间并联连接所述蓄能器，所述调速阀调节介质流量。

所述波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均反馈内部信号给所述控制系统，所述控制系统反馈协调控制指令给所述能量转换机构、发电机和变流器，控制输出电能满足并网要求。

所述控制系统还设置有与外系统通信的外部通信接口。

所述变流器包括主电路、控制电路、传感器和开关；所述开关两端分别连接所述主电路和电网，且所述传感器设置于所述主电路，所述传感器采集所述主电路的电气量反馈给所述控制电路，所述控制电路根据所述传感器采集的电气量协调控制所述主电路；所述发电机反馈转速信号给所述控制电路。

所述主电路包括依次连接的整流电路、直流电容、逆变电路和滤波电路；所述传感器采集所述主电路发电机侧、直流电容直流侧和电网侧的电气量，所述控制电路根据所述电气量和转速信号对所述整流电路和逆变电路发出控制信号。

所述控制电路包括电流电压检测电路、运算电路、驱动电路、速度检测电路、输入输出电路和保护电路；所述主电路发电机侧、直流电容直流侧和电网侧的电气量均通过所述电流电压检测电路反馈到所述运算电路，所述发电机的转速信号由所述速度检测电路反馈给所述运算电路；所述运算电路根据所述电气量和转速信号对所述整流电路和逆变电路发出控制信号；所述控制系统与所述输入输出电路连接。

所述波浪能采集机构和能量转换机构均设置有多套，且多套所述能量转换机构均与所述发电机连接。

下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明：

1.波浪能发电装置通过波浪能采集机构将波浪能转换为机械能，传递至能量转换机构，转换为旋转机械能，带动发电机旋转发电；发电机输出的电流通过变流器转换为与电网电压、频率相同的电流，可直接并入电网；能量转换机构中的调速阀可调节介质的流量，从而可控制能量转换机构中介质的能量余量和能量转换机构的转速；控制系统实时采集波浪能发电装置各环节的状态信号，并对能量转换机构、发电机和变流器进行协调控制，实现对输出功率的控制，并保证波浪能发电装置输出电能满足要求。

2.波浪能采集机构输出的机械能转换为其他形式的能量，通过增压器增压，经调速阀驱动原动机旋转；蓄能器用来储存多余的介质能量，稳定能量的输出；调速阀接受来自控制系统的指令，调节能量转换机构输出的能量以驱动原动机；原动机可为水轮机或涡轮机，带动发电机进行发电。

3.波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均与控制系统电连接，并根据反馈的信号协调控制能量转换机构、发电机和变流器，实现了控制系统对整个波浪能发电装置的监测和运行状态的控制，可控制波浪能发电装置的输出功率，使输出的电能满足并网要求。

4.外部通信接口可与外部系统通信，可便于波浪能发电装置与其他形式的能源的联合控制。

5.发电机输出的交流电通过变流器中的整流电路转换为直流电，经直流电容后再经逆变电路转换为与电网电压、频率相同的交流电，经滤波电路滤波后可直接并入电网。传感器和电流电压检测电路采集主电路的电气量反馈给控制电路，发电机采集转速信号反馈给控制电路，运算电路将采集的反馈信号进行运算处理，给出整流电路和逆变电路中功率元件的通断控制指令；驱动电路将运算电路给出的控制指令进行光电隔离和放大，驱动功率元件的通断以控制变流器是否输出电流。保护电路用于提供变流器内部电路的保护。

6.设置多套波浪能采集机构和能量转换机构，可扩大波浪能采集面，而且，可使多个波浪能采集机构分开，使不同的波浪能采集机构根据不同的波浪产生不同的波动，增大波浪能转化为机械能的转化。

附图说明

图1是本波浪能发电装置组成示意图；

图2是本波浪能发电装置能量转换机构示意图；

图3是本波浪能发电装置变流器原理图。

附图标记说明：

100.波浪能发电装置，110.平台，120.波浪能采集机构，130.能量转换机构，140.发电机，150.变流器，160.控制系统，170.电网，131.液压缸，132.增压器，133.调速阀，134.原动机，135.蓄能器，136.气缸，152.主电路，154.控制电路，156.传感器，158.开关，1522.整流电路，1524.直流电容，1526.逆变电路，1528.滤波电路，1541.电流电压检测电路，1542.运算电路，1543.驱动电路，1544.速度检测电路，1545.输入输出电路，1546.保护电路。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种波浪能发电装置，包括设置于平台110上的、且依次连接的波浪能采集机构120、能量转换机构130、发电机140和变流器150，还包括与波浪能采集机构120、能量转换机构130、发电机140和变流器150均电连接的控制系统160；能量转换机构130内部设置有调速阀133，变流器150连接电网170。

波浪能发电装置通过波浪能采集机构120将波浪能转换为机械能，传递至能量转换机构130，转换为旋转机械能，带动发电机140旋转发电。

发电机140输出的电流通过变流器150转换为与电网170电压、频率相同的电流，可直接并入电网170；能量转换机构130中的调速阀133可调节介质的流量，调速阀133是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀用来自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差为定值，可消除负载变化对流量的影响；从而可控制能量转换机构130中介质的能量余量和能量转换机构130的转速，从而控制电能转换量的大小，使电能输出稳定，同时，可减小变流器150的工作量。

控制系统160实时采集波浪能发电装置各环节的状态信号，并对能量转换机构130、发电机140和变流器150进行协调控制，实现对输出功率的控制，并保证波浪能发电装置输出电能满足要求。变流器150是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流发电机140的电力控制设备，可根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，从而达到节能、调速、提高电能质量的目的，进而保护电网170。

波浪能采集机构120可以是振荡水柱机构、摆式机构或波浪活塞；发电机140采用永磁同步发电机140。

如图2所示，在其中一个实施例中，能量转换机构130还包括动力执行元件131、增压器132、蓄能器135和原动机134，动力执行元件131、增压器132、调速阀133和原动机134依次连接；增压器132和调速阀133之间并联连接蓄能器135，调速阀133调节液体流量。波浪能采集机构120输出的机械能转换为其他形式的能量，通过增压器132增压，经调速阀133驱动原动机134旋转；蓄能器135用来储存多余的介质能量，稳定能量的输出；调速阀133接受来自控制系统160的指令，调节能量转换机构130输出的能量以驱动原动机134；原动机134可为水轮机或涡轮机，带动发电机140进行发电。当然，本实施例所指的介质可以是液体，也可以是气体，动力执行元件131可以是液压缸，也可以是气缸。

波浪能采集机构120、能量转换机构130、发电机140和变流器150均反馈内部信号给控制系统160，控制系统160反馈协调控制指令给能量转换机构130、发电机140和变流器150，控制输出电能满足并网要求。波浪能采集机构120、能量转换机构130、发电机140和变流器150均与控制系统160电连接，并根据反馈的信号协调控制能量转换机构130、发电机140和变流器150，实现了控制系统160对整个波浪能发电装置100的监测和运行状态的控制，可控制波浪能发电装置100的输出功率，使输出的电能满足并网要求。

控制系统160还设置有与外系统通信的外部通信接口。外部通信接口可与外部系统通信，可便于波浪能发电装置100与其他形式的能源的联合控制。

如图3所示，变流器150包括主电路152、控制电路154、传感器156和开关158；开关158两端分别连接主电路152和电网170，且传感器156设置于主电路152，传感器156采集主电路152的电气量反馈给控制电路154，控制电路154根据传感器156采集的电气量协调控制主电路152；发电机140反馈转速信号给控制电路154。发电机140输出的电流由主电路152输送给电网170，且在主电路152设置有开关158，可根据实际需要确定是否允许发电机140产生的电流输送到电网170；主电路152还设置有传感器156，可采集主电路152各点的信号反馈给控制电路154，而控制电路154可根据反馈信号协调控制主电路152中电流的电流、电压、转速信号。

主电路152包括依次连接的整流电路1522、直流电容1524、逆变电路1526和滤波电路1528；传感器156采集主电路152发电机140侧、直流电容1524直流侧和电网170侧的电气量，控制电路154根据电气量和转速信号对整流电路1522和逆变电路1526发出控制信号。发电机140输出的交流电通过变流器150中的整流电路1522转换为直流电，经直流电容1524后再经逆变电路1526转换为与电网170电压、频率相同的交流电，经滤波电路1528滤波后可直接并入电网170；传感器156和电流电压检测电路采集主电路152的电气量反馈给控制电路154，发电机140采集转速信号反馈给控制电路154，控制电路154根据电气量和转速信号控制输出功率。

控制电路154包括电流电压检测电路1541、运算电路1542、驱动电路1543、速度检测电路1544、输入输出电路1545和保护电路1546；主电路152发电机140侧、直流电容1524直流侧和电网170侧的电气量均通过电流电压检测电路1541反馈到运算电路1542，发电机140的转速信号由速度检测电路1544反馈给运算电路1542；运算电路1542根据电气量和转速信号对整流电路1522和逆变电路1526发出控制信号；控制系统160与输入输出电路1545连接。运算电路1542将采集的反馈信号进行运算处理，给出整流电路1522和逆变电路1526中功率元件的通断控制指令；驱动电路1543将运算电路1542给出的控制指令进行光电隔离和放大，驱动功率元件的通断以控制变流器150是否输出电流。保护电路1546用于提供变流器150内部电路的保护。

波浪能采集机构120和能量转换机构130均设置有多套，且多套能量转换机构130均与发电机140连接。设置多套波浪能采集机构120和能量转换机构130，可扩大波浪能采集面；可使多个波浪能采集机构120分开，使不同的波浪能采集机构120根据不同的波浪产生不同的波动，增大波浪能向机械能的转化。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括设置于平台上的、且依次连接的波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器，还包括与所述波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均电连接的控制系统；所述能量转换机构内部设置有调速阀，所述变流器连接电网；所述变流器包括主电路、控制电路、传感器和开关；所述开关两端分别连接所述主电路和电网，且所述传感器设置于所述主电路，所述传感器采集所述主电路的电气量反馈给所述控制电路，所述控制电路根据所述传感器采集的电气量协调控制所述主电路；所述发电机反馈转速信号给所述控制电路；

所述主电路包括依次连接的整流电路、直流电容、逆变电路和滤波电路；所述传感器采集所述主电路发电机侧、直流电容直流侧和电网侧的电气量，所述控制电路根据所述电气量和转速信号对所述整流电路和逆变电路发出控制信号；

所述控制电路包括电流电压检测电路、运算电路、驱动电路、速度检测电路、输入输出电路和保护电路；所述主电路发电机侧、直流电容直流侧和电网侧的电气量均通过所述电流电压检测电路反馈到所述运算电路，所述发电机的转速信号由所述速度检测电路反馈给所述运算电路；所述运算电路根据所述电气量和转速信号对所述整流电路和逆变电路发出控制信号；所述控制系统与所述输入输出电路连接；所述保护电路用于提供所述变流器内部电路的保护。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述能量转换机构还包括动力执行元件、增压器、蓄能器和原动机，所述动力执行元件、增压器、调速阀和原动机依次连接；所述增压器和调速阀之间并联连接所述蓄能器，所述调速阀调节介质流量。

3.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述波浪能采集机构、能量转换机构、发电机和变流器均反馈内部信号给所述控制系统，所述控制系统反馈协调控制指令给所述能量转换机构、发电机和变流器，控制输出电能满足并网要求。

4.根据权利要求3所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述控制系统还设置有与外系统通信的外部通信接口。

5.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述波浪能采集机构和能量转换机构均设置有多套，且多套所述能量转换机构均与所述发电机连接。