CN102410131B - 一种多变量可调节的水能发电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多变量可调节的水能发电装置及其控制方法，包括发电机、齿轮组环片、叶轮和安装底座，所述的叶轮由沿圆周排列的旋转叶片组成，所述的齿轮组环片与发电机之间安装有升降操作杆，所述的发电机通过旋转体安装在安装底座上，所述的电流导线通过涓流控制电路与超级电容相连，所述的超级电容与储能电池相连。本发明通过自动调节发电机组的高度、角度和旋转叶片的角度调整和优化，以使输出电量的效率最高。本发明利用常规河床中的水流能量进行发电，该类水能发电装置应用前景人们普遍看好，而且已经为越来越多的人所认识。

Description

一种多变量可调节的水能发电装置及其控制方法

技术领域

本发明属发电技术领域，特别是涉及一种多变量可调节的水能发电装置及其控制方法。

背景技术

无污染的新兴能源系统的应用得到了长足的发展，所谓的智能电网的应用，已引起了世人的高度关注，大有后劲突发的势头。

人们期待着利用大自然所赋予的自然能量进行转换，从而获取更加环保和高收益的电能。

近年来，随着超级电容产业化进程的推进，以及大容量电池的量产可能性在不断提升，储能系统的应用被人们所日益关注，因此，以往通常不被看好的微弱能量的积累和存储如今变得可能。

当人们在获取断续、零星、微弱的电能时，试图将这些能量通过技术手段进行累积和保存，当需要进行功率性能量输出和转换的时候，由超级电容进行输出和供给，这样，就能有效地做到，将储能电池中存储的、经过微量累积的电能，在需要的时候便能通过超级电容这一媒介，进行满足需求的功率和能量的传递。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多变量可调节的水能发电装置及其控制方法，将水流中的微弱能量，通过能量的转换，使之变成人们所需要的电能；这些微弱的电量通过电路的转换将其保存到储能电池中，经过多组的串联和并联实现向电网的能量传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多变量可调节的水能发电装置，包括发电机、叶轮和安装底座，所述的发电机内置的磁钢与叶轮转动体的主轴相连，磁钢内固定有线圈，发电机的下部连有电缆线，电缆线包括电流导线和信号线，所述的叶轮由沿圆周排列的旋转叶片组成，所述的旋转叶片上端由叶片定位装置固定，下端与齿轮组环片相连，所述的齿轮组环片内置的齿轮组与每片旋转叶片下端的齿轮啮合，所述的齿轮组与驱动电机相连，所述的驱动电机通过信号线与控制系统相连，所述的齿轮组环片与发电机之间安装有升降操作杆，所述的发电机通过旋转体安装在安装底座上，所述的电流导线通过涓流控制电路与超级电容相连，所述的超级电容与储能电池相连。

所述的电缆线至少为四根。

所述的发电机与叶轮之间安装有增速变速箱。

所述的旋转体为270度旋转体。

所述的升降操作杆与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连。

所述的旋转体与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连。

所述的升降操作杆4与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连。

所述的旋转体3与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连。

所述的超级电容的单体容量是4000F/2.7V。

一种多变量可调节的水能发电装置的控制方法，包括下列步骤：

(1)将发电机的安装底座固定在河床固定位置，当叶轮开始旋转后转动体的主轴将使发电机轴内置的磁钢旋转，旋转的磁钢体在固定的线圈中运行，使线圈产生与旋转速度成正比的电流；

(2)当电流流出后，经过涓流控制电路，电流对超级电容进行充电，当充电到系统控制的程度时，超级电容的能量将被转移到储能电池，电池将接受随意大小的电能，并保存其能量；

(3)系统将定时地对河床水位的高低、水流的角度和叶片的角度进行调整，其调整的依据是依照获得的电能量的对比值进行系统分析和判断后给出修正的控制指令。

所述的步骤(3)控制指令将分成三部分：

(a)高度调节指令：当河床的水位高度发生变化时，发电装置所获得的电量将发生变化，控制系统将获得的反馈参数与调整前的参数进行对比，以获得最优的高度调节，并发出调整指令给升降操作杆(4)；

(b)角度调节，当河床水域的水流发生变换时，系统根据步骤(a)的原理将发出角度调节指令给旋转体(3)；

(c)叶片角度调节：为得到能量最大值，控制系统本次固定时间段的能量与上一时段的能量进行对比，要是未能达到由系统标定过程中获得的最大值，控制系统就将发出改变叶片的指令，在若干个调整指令过后，选择一个对比后得到的能量最大值，这个能量最大值所对应的叶片调整角度就被认定为经过优化控制的优化角度。

有益效果

发明为一种动态可变、可以使整个发电机装置系统依照河流的水面的高度、水流的夹角可控旋转的技术，采用自动控制闭环的方式，将水流能量转变成电量进行了动态优化，通过自动调节发电机组的高度、角度和旋转叶片的角度调整和优化，以使输出电量的效率最高。本发明作为无污染，无需改变河道和水流外部特征的发电装置，免除了人们常规概念中的拦河筑坝、提高水位、建造庞大的发电机组这样庞大的系统工程，利用常规河床中的水流能量进行发电，该类水能发电装置应用前景人们普遍看好，而且已经为越来越多的人所认识。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明包括发电机7、叶轮和安装底座1，所述的发电机7内置的磁钢与叶轮转动体的主轴相连，磁钢内固定有线圈，发电机7的下部连有电缆线2，电缆线包括电流导线和信号线，其特征在于：所述的叶轮由沿圆周排列的旋转叶片5组成，所述的旋转叶片5上端由叶片定位装置固定，下端与齿轮组环片6相连，所述的齿轮组环片6内置的齿轮组与每片旋转叶片下端的齿轮啮合，所述的齿轮组与驱动电机相连，所述的驱动电机通过信号线与控制系统相连，所述的齿轮组环片6与发电机7之间安装有升降操作杆4，所述的发电机7通过旋转体3安装在安装底座1上，所述的电流导线通过涓流控制电路与超级电容相连，所述的超级电容与储能电池相连。

所述的电缆线至少为四根。

所述的发电机7与叶轮之间安装有增速变速箱。

所述的旋转体3为270度旋转体。

所述的超级电容的单体容量是4000F/2.7V。

其中：安装底座1：用以在河(海)边进行固定。系作为固定发电机系统和旋转叶轮的固定支架。

线圈中的电流(电能)通过的电缆线2：用于输出能量。除了给出电流的二根导线外，还有二根传输信号的导线，由该通讯线实现与外部的联系和接受控制指令，叶片所需的改变参数就是由其传递。因此，本电缆线为四芯线或更多。其中二根提供电流输出的动力线，在数据通讯线的控制过程中，瞬时将被作为本装置的电源线，以驱动发电机组的升降和旋转，提供给升降电机和旋转电机电能。

270度旋转体3：：通过电驱动，实现依照优化的角度进行旋转。系统的旋转将受控于外部的通讯数据。

升降操作杆4：通过电驱动，实现依照优化的高度进行升降。系统的升降高度将受控于外部的通讯数据。

可变角度的旋转叶片5，其主要功能是将外部的水流产生的能量经其产生推力，而导致发电机7的旋转产生电流。所要注意的是，其角度是变化的，是依照了外部的通讯指令进行调节角度，其目的是将水流产生的选转力最大，发出的电力最大(本文中将不作进一步的描述)。

齿轮组环片6，其内置的齿轮组将改变旋转叶片的角度，改变的方向将依照了通讯给出的指令执行，其旋转的角度保证所有的叶片在任何时候都保持一致，具有相同的角度，从而使旋转稳定流畅。

发电机组7：为本发明的主发电机装置，其基本功能是将水流推动叶轮旋转后，将旋转磁性刚体，在固定线圈中产生电流，给出能量。

本发明的其工作过程是这样的，当发电机装置的底座被固定在河床固定位置后，当叶轮开始旋转后转动体的主轴将使发电机轴内置的磁钢旋转，旋转的磁钢体在固定的线圈中运行，使线圈产生与旋转速度成正比的电流，即所谓的电能就发出。

当电流流出后，经过涓流控制电路，将电流对超级电容进行充电，当充电到一定的程度时，超级电容的能量将被转移到储能电池，电池将接受随意大小的电能，其能量就被保存。值得一提的是，任意微弱的“垃圾电”都将被保存、积累。

系统将定时地对河床水位的高低和水流的角度进行调整，其调整的依据将是依照获得的电能量的对比值进行系统分析和判断后给出修正的控制指令。

其控制指令将分成三部分，一为高度调节指令当河床的水位高度发生变化时，本装置的所获得的电量将发生变化，因此，系统将发出调整指令，而获得的反馈参数与调整前的参数进行对比，以获得最优的高度调节。其二，角度调节，当河床水域的水流发生变换时，系统将难以达到优化的电量值，系统也将发出角度调节指令，其调节的过程类似于上述的高度调节过程。

本系统另一调节过程为旋转叶片调整，为得到能量最大值，控制系统本次固定时间段的能量与上一时段的能量进行对比，要是未能达到由系统标定过程中获得的最大值，控制系统就将发出改变叶片的指令，在若干个调整指令过后，选择一个对比后得到的能量最大值，这个能量最大值所对应的叶片调整角度就被认定为经过优化控制的优化角度。

在发电储能的过程中，为了得到最大的能量，同时能将这些能量进行逆变和并网发电，在一个应用系统中，往往是将很多个本发明的装置串联在一起，以获得适合于逆变向电网馈送电能。

然而，在运行过程中，系统将定时或不定时地发出调整指令，改变装置的高度和偏移角度，以获得最大的能量，这个过程将循环至整个发电系统被关闭。

关于超级电容电压的说明：

1)、超级电容可以任意的串联和并联

2)、超级电容的单体容量是4000F/2.7V

3)、现有的，一个模组是18个单体串联构成，(48V)，也可以是任意数量进行组合形成任意高电压。模组的电压等级是可以任意高或低。

4)、在本发明中，当低于48V时，采用一个模组进行存储能量，当高于48V时，则采用m＊48V的模式组合。当然也可以采用其它等级电压的模组进行串联组合。(m＝1.2.3.4，….)

5)、本发明中依照了不同的发电电压等级，依照了上述的描述，进行灵活的组合，因此，很难确切地得出其固定的电压等级。

6)、并网发电的组合电压等级是(400～600V【电池组或超级电容的电压】(或更高))，即能向电网输送380V AC的电压能量。

Claims (6)

1.一种多变量可调节的水能发电装置，包括发电机（7）、叶轮和安装底座（1），所述的发电机（7）内置的磁钢与叶轮转动体的主轴相连，磁钢内固定有线圈，发电机（7）的下部连有电缆线（2），电缆线包括电流导线和信号线，其特征在于：所述的叶轮由沿圆周排列的旋转叶片（5）组成，所述的旋转叶片（5）上端由叶片定位装置固定，下端与齿轮组环片（6）相连，所述的齿轮组环片（6）内置的齿轮组与每片旋转叶片下端的齿轮啮合，所述的齿轮组与驱动电机相连，所述的驱动电机通过信号线与控制系统相连，所述的齿轮组环片（6）与发电机（7）之间安装有升降操作杆（4），所述的发电机（7）通过旋转体（3）安装在安装底座（1）上，所述的电流导线通过涓流控制电路与超级电容相连，所述的超级电容与储能电池相连；所述的升降操作杆（4）与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连；所述的旋转体（3）与驱动电机相连，所述的驱动电机与控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种多变量可调节的水能发电装置，其特征在于：所述的电缆线至少为四根。

3.根据权利要求1所述的一种多变量可调节的水能发电装置，其特征在于：所述的发电机（7）与叶轮之间安装有增速变速箱。

4.根据权利要求1所述的一种多变量可调节的水能发电装置，其特征在于：所述的旋转体（3）为270度旋转体。

5.根据权利要求1所述的一种多变量可调节的水能发电装置，其特征在于：所述的超级电容的单体容量是4000F/2.7V。

6.一种多变量可调节的水能发电装置的控制方法，使用权利要求1所述的一种多变量可调节的水能发电装置，其特征在于：包括下列步骤：

（1）将发电机的安装底座固定在河床固定位置，当叶轮开始旋转后转动体的主轴将使发电机轴内置的磁钢旋转，旋转的磁钢体在固定的线圈中运行，使线圈产生与旋转速度成正比的电流；

（2）当电流流出后，经过涓流控制电路，电流对超级电容进行充电，当充电到系统控制的程度时，超级电容的能量将被转移到储能电池，电池将接受随意大小的电能，并保存其能量；

（3）系统将定时地对河床水位的高低、水流的角度和叶片的角度进行调整，其调整的依据是依照获得的电能量的对比值进行系统分析和判断后给出修正的控制指令，具体包括下列步骤：

（a）高度调节指令：当河床的水位高度发生变化时，发电装置所获得的电量将发生变化，控制系统将获得的反馈参数与调整前的参数进行对比，以获得最优的高度调节，并发出调整指令给升降操作杆（4）；

（b）角度调节，当河床水域的水流发生变换时，系统根据步骤（a）的原理将发出角度调节指令给旋转体（3）；

（c）叶片角度调节：为得到能量最大值，控制系统本次固定时间段的能量与上一时段的能量进行对比，要是未能达到由系统标定过程中获得的最大值，控制系统就将发出改变叶片的指令，在若干个调整指令过后，选择一个对比后得到的能量最大值，这个能量最大值所对应的叶片调整角度就被认定为经过优化控制的优化角度。