CN103470435A - 一种海浪发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋利用与可再生能源发电领域，涉及一种海浪发电机，包括浮体、平衡浮体、滑轮、绳缆、输入轴、离合器、输出轴、飞轮、永磁同步发电机和AC-DC-AC功率变换器，其中，浮体和平衡浮体通过绳缆连接在滑轮的两侧，滑轮与输入轴同轴，输入轴与输出轴之间通过离合器相连，离合器用于使输出轴单方向旋转，在输出轴上固定有与其同轴的飞轮，输出轴的另一端与永磁同步发电机相连，发电机的输出连接到AC-DC-AC功率变换器。本发明只利用浮体垂直方向下降时的能量，这样既可以减小机械和液压机构的设计难度，也有利于最大波能捕获控制策略的实现。

Description

一种海浪发电机
技术领域
本发明属于海洋利用与可再生能源发电领域，具体涉及一种海浪发电装置。 
背景技术
环境污染和能源危机是当今世界发展的两大共同主题。大力发展风力发电、海浪发电、潮汐发电、地热发电等新能源发电方式，实现能源转换方式的改变及其利用率的提高是解决这两大问题的一个重要手段，对于我国当前的环境保护和能源可持续开发有着不可忽视的作用，具有显著的经济和社会效益。大力发展包括海浪发电在内的海洋可再生能源技术已被列入国家海洋事业发展规划纲要。截至目前为止，按照海浪发电装置与海浪的作用方式不同，海浪发电装置可分为：冲箱式、振荡水柱式(空气式)、摇摆式、聚波水库式等类型。冲箱式海浪发电装置，由于存在水下部件，其受波浪袭击时稳定性较差。振荡水柱波能装置的转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便，但其二级能量转换效率较低。摆式装置适合海浪的低频和推力大等特性，转换效率高，还可以方便地与相位控制技术相结合，但其机械和液压机构的维护较为困难。聚波水库装置的优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统出力较稳定；不足之处是该类型发电在建设时对地形有特殊要求，不易推广。 
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种新型海浪发电机，该装置只利用浮体垂直方向下降时的能量，这样既可以减小机械和液压机构的设计难度，也有利于最大波能捕获控制策略的实现。同时该实验装置还是可移动式的，在恶劣天气下，可将其移动到安全海域位置，增强其环境适应性。 
一种海浪发电机，其特征在于，包括浮体、平衡浮体、滑轮、绳缆、输入轴、离合器、输出轴、飞轮、永磁同步发电机和AC-DC-AC功率变换器，其中，浮体和平衡浮体通过绳缆连接在滑轮的两侧，滑轮与输入轴同轴，输入轴与输出轴之间通过离合器相连，离合器用于使输出轴单方向旋转，在输出轴上固定有与其同轴的飞轮，输出轴的另一端与永磁同步发电机相连，发电机的输出连接到AC-DC-AC功率变换器。 
本发明的海浪发电机，所述的AC-DC-AC功率变换器包括电机侧控制器，该控制器可以根据波浪的高度及其周期对参考转矩进行估计，实现系统的无速度传感器控制和最大波能捕获。 
该装置采用没有增速齿轮机构的永磁同步发电机与飞轮直接联接，降低了系统的噪 声、摩擦和故障率。通过浮体和平衡浮体的配合，装置吸收海浪能后通过滑轮的作用使输入轴旋转。输入轴通过离合器使输出轴只能单方向旋转，即只捕获单方向的垂直海浪能。本装置只利用浮体下降时的波浪能，当浮体上升时离合器则自动解列利用飞轮的惯性保证永磁同步发电机在浮体上升时也能正常发电，发电机输出端通过AC-DC-AC功率变换器，使系统最终能输出稳定的电压和功率。该变换器控制拓扑结构能有效地抑制电网侧故障对系统的影响，并能对系统的无功进行控制，从而能有效提高供电质量。有益效果如下： 
1)海浪发电机只利用浮体垂直方向下降时的能量，可以减小机械和液压机构的设计难度，提高系统的稳定性。 
2)永磁同步发电机与飞轮直接联接，可大大降低系统的噪声、摩擦和故障发生率，减少系统维修费用。 
3)发电机输出端通过AC-DC-AC功率变换器对电能进行后处理，使不稳定的海浪发电能量稳定化，保证系统输出稳定的电压和功率，同时该功率变换器还具备抑制电网侧故障对系统影响的功能和对无功进行控制的功能。 
4)电机侧控制器采用波浪的高度H及其周期T直接对参考转矩τref进行估计，可实现系统的无速度传感器控制方式。 
5)该海浪发电装置具有可移动性和环境适应性强等特点，在发生飓风等恶劣情况下，可将其移至安全海域，提高系统的安全性和经济性。 
附图说明
图1是海浪发电机示意图。 
图2是图1中左侧的垂直单方向浮子式海浪能一级转换装置前视图。 
图3是AC-DC-AC功率变换器的电机侧控制器的控制结构框图。 
图中1 是浮体、2 是平衡浮体、3 是滑轮、4 是绳缆、5 是输入轴，6 是离合器，7 是输出轴，8 是飞轮、9 是永磁同步电机、10 是AC-DC-AC变换器。 
最佳实施方式 
参照图1，图1为本发明提出的海浪发电机框图。如图所示，该装置主要包括：浮体1直接受海浪的作用力；平衡浮体2一直悬浮于海面上，在没有波浪的时候，与浮体1之间保持静止状态;滑轮3和绳缆4用于配合浮体1和平衡浮体2之间的相互运动；输入轴5负责将一级转化能量输出；离合器6负责使输出轴7单向旋转;输出轴7则将单向的旋转能量传递给下一级能量转换机构；飞轮8与输出轴同轴，固定在输出轴上，利用自身的大惯性特点保证输出轴能稳定旋转；永磁同步电机9将输出轴7上的机械能转化为电能；AC-DC-AC变换器10则负责对发电机输出的电能进行后处理，使不稳定的海浪发电稳定化。 
本发明装置首先采用阿基米德浮力定律，利用浮体1和平衡浮体2的联合作用，在滑轮3和绳缆4的控制下，直接捕获海浪垂直方向波力。为了尽可能使浮体不受其他方向的波浪力影响，本装置对浮体1采取了斜拉式紧固法。输入轴5通过离合器6使输出轴7只能单方向旋转，即只捕获单方向的垂直海浪能。本装置只利用浮体1下降时的波浪能，当检测到输入轴反转也就是浮体1上升时，离合器6则自动解列，此时系统通过飞轮8的惯性保证永磁同步发电机9能正常发电。永磁同步发电机9直接与输出轴7连接，代替了传统的增速齿轮连接方式，从而大大提高了系统的可靠性。永磁同步发电机9输出端通过AC-DC-AC功率变换器10的作用，使系统最终能输出稳定的电压和功率。AC-DC-AC功率变换器10的电机侧控制器采用波浪的高度H及其周期T直接对参考转矩τref进行估计，实现系统的无速度传感器控制方式，进而最终实现最大波能捕获。该AC-DC-AC功率变换器10的控制拓扑结构能有效地抑制电网侧故障对系统的影响，并能对系统的无功进行控制，从而能有效提高供电质量。 

Claims (2)

1.一种海浪发电机，其特征在于，包括浮体、平衡浮体、滑轮、绳缆、输入轴、离合器、输出轴、飞轮、永磁同步发电机和AC-DC-AC功率变换器，其中，浮体和平衡浮体通过绳缆连接在滑轮的两侧，滑轮与输入轴同轴，输入轴与输出轴之间通过离合器相连，离合器用于使输出轴单方向旋转，在输出轴上固定有与其同轴的飞轮，输出轴的另一端与永磁同步发电机相连，发电机的输出连接到AC-DC-AC功率变换器。
2.根据权利要求1所述的海浪发电机，其特征在于，所述的AC-DC-AC功率变换器包括电机侧控制器，该控制器根据波浪的高度及其周期对参考转矩进行估计，实现系统的无速度传感器控制和最大波能捕获。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105570331A (zh) * 2014-10-09 2016-05-11 洛阳四达农机有限公司 一种带有单向离合器和广角万向节的传动轴
CN106762375A (zh) * 2017-03-24 2017-05-31 武新民 一种往复式浮子海浪发电装置
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RU2808329C1 (ru) * 2023-03-13 2023-11-28 Ануар Райханович Кулмагамбетов Устройство для накопления электрической энергии в водной среде

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