CN104454325A - 一种潮流能发电机组的变桨方法 - Google Patents

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张莹博
李明辉
武春晓
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Abstract

本发明公开了一种潮流能发电机组的变桨方法，所述潮流能发电机组的变桨角度为0-270°，所述方法包括：设定正向来流的顺桨角度是0°，正向来流捕获能量最多的角度为90°，逆向来流的顺桨角度是180°，逆向来流捕获能量最多的角度为270°；当正向来流时，桨叶在0°-90°进行功率调节；当逆向来流时，桨叶在180°-270°进行功率调节。本发明潮流能发电机组的变桨方法为双向变桨，通过叶片旋转0-270°保证机组可以在双向潮流中工作，并充分捕获潮流能量，灵活应用，可提高能量捕获效率，提高发电量。

Description

一种潮流能发电机组的变桨方法
技术领域
本发明涉及潮流能发电技术领域，特别是涉及一种潮流能发电机组的变桨方法。
背景技术
海洋能是取之不尽用之不竭的清洁能源之一，海洋能的开发和利用是很多国家努力发展的方向。潮流能发电是海洋能利用的一个分支，与其它清洁能源的发展历程相近，利用海洋能发电经历了从小功率到大功率，最后达到与大电网并网运行的发展历程。真正达到利用海洋能的标志就是建造出能够达到商业电站水平，并且真正接入电网运行的海洋能发电系统。
我国海岸线曲折漫长，大陆沿岸和海岛附近蕴藏着较丰富的海洋能资源，至今尚未得到应有的开发。以大潮最大流速为指标，对我国沿岸潮流能资源进行区分，对我国沿岸130个水道的潮流资源计算统计，全国沿岸潮流能资源平均理论总功率约为1396×104kw。建造成套潮流能发电装置，能够获得海上电站建造施工、电力传输、并网及运行控制策略等一系列技术进步。
变桨技术是潮流能发电装置的关键技术之一。对于陆上风电机组变桨系统，由于风的不稳定性，风电机组通过偏航改变迎风方向，变桨系统设计基本上是0-90度。与风力发电机不同，对于潮流能发电机组而言，出于对水下复杂应用环境的考量，因此不能直接拿来采用陆上风电机组变桨技术。专利“一种永磁直驱式潮流发电装置”(CN 102128128A)提出了一种潮流能发电装置，省去了偏航和变桨系统，根据潮流双向往复流动的特点，将叶片设计为双向转动。该设计虽然简化了结构，节省了成本，但是却存在不能根据潮流的强弱，调节叶片补能角度，降低了发电效率的不足。如何创设出符合应用环境特点，能高效利用潮流能，提高潮流能发电效率的潮流能发电机组的变桨方法，是当前业界的重要目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种潮流能发电机组的变桨方法，使其能够针对潮流的特点，调节叶片补能角度，能高效利用潮流能，提高潮流能发电效率，从而克服现有的潮流能发电机组缺乏变桨系统或变桨系统不完善的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种潮流能发电机组的变桨方法，所述潮流能发电机组的变桨角度为0-270°，所述方法包括：设定正向来流的顺桨角度是0°，正向来流捕获能量最多的角度为90°，逆向来流的顺桨角度是180°，逆向来流捕获能量最多的角度为270°；当正向来流时，桨叶在0°-90°进行功率调节；当逆向来流时，桨叶在180°-270°进行功率调节。
进一步地，所述正向来流小于等于额定流速时，桨距角维持在90°；所述正向来流大于额定流速时，桨距角在0°到90°之间进行调整，使功率维持在额定值。
进一步地，所述逆向来流小于等于额定流速时，桨距角维持在270°；所述逆向来流大于额定流速时，桨距角在180°到270°之间进行调整，使功率维持在额定值。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
(1)根据潮流往复180°流动的特点，本发明的潮流能发电机组变桨方法采用双向变桨方式，通过叶片旋转0-270°完成双向来流的对流功能，保证机组可以在双向潮流中工作，并充分捕获潮流能量，灵活应用，可提高能量捕获效率，提高发电量。
(2)在额定流速以下时，机组以定桨距的方式运行。额定流速以上时，机组以变桨模式运行，限制叶轮捕获的能量，使功率维持在额定值。通过调节桨叶对潮流流向的攻角，改变叶轮的能量捕获效率从而灵活控制机组的功率输出。通过桨距角的调节，可以改善机组的启动性能及功率调节功能。
(3)在控制器或安全系统的指导下，在机组需要停机时，变桨系统可提供阻尼制动，实现水动力学停机。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是潮流能发电机组正向来流示意图。
图2是理想状态下潮流流速曲线示意图。
具体实施方式
与风力发电机不同，对于潮流能发电机组而言，出于对水下复杂恶劣环境的考量，同时也考虑到潮流的往复流动特性，为实现机组在双向流中正常发电工作，设置双叶轮结构，采用0-270度变桨系统。
如图1所示，潮流能发电机组包括叶片1、机舱2、轮毂3，其中变桨系统设置在轮毂或叶片内。变桨系统的实现方式如下：
(1)首先设定正向来流的顺桨角度是0°，当需要捕获能量最大时，则需要变桨，正向来流捕获能量的最大角度为90°；(2)在正向来流时，相当于在0°和90°进行功率调节；(3)当逆向来流时，桨叶需要从90°位置变桨到180°逆向来流的顺桨位置；(4)当需要增加捕获能量，则需要增加变桨角度，在270°时，是逆向来流捕获能量最多的角度，因此，逆向来流时，相当于在180°和270°之间进行功率调节。因此，整体分析来看，总变桨角度范围是0°到270°，总角度数为270°。
具体而言，对于正向来流方向(如图1所示)，当流速在额定流速及以下时，机组以定桨的模式运行，桨距角维持在90°附近；当流速在额定流速以上时，机组以变桨的模式运行，改变桨距角，角度在0°到90°之间进行调整，限制叶轮捕获的能量，使功率维持在额定值。
对于逆向来流方向，当流速在额定流速及以下时，机组以定桨的模式运行，桨距角维持在270°附近；当流速在额定流速以上时，机组以变桨的模式运行，桨距角在180°和270°之间进行调整，限制叶轮捕获的能量，使功率维持在额定值。
请配合参阅图2所示，假设潮流的方向是有规律的变化，流速随时间的变化曲线近似一条正弦曲线，在理想0时，潮流能流速为正向来流，大概在6时左右，正向来流的流速达到最大，在接近12时时，流速为0；在理想0时到12时之间的变桨角度为0°到90°之间；并且在接近12时时，流速为0，这时候潮流的流速即将反向，在此时流速为零的时候进行变桨最为合适，变桨角度为180°的顺桨状态，随着时间的变化，大概在理想时间的18时左右逆向来流的速度达到最大，在24时(即下一个周期的0时)流速达到0，在理想12时到24时之间的变桨角度为180°到270°之间；在24时(即下一个周期的0时)流速达到0，再次进行变桨到开始描述的状态。
根据潮流往复180°流动的特点，本发明采用潮流能发电机组双向变桨方法，通过叶片旋转0-270°完成双向来流的对流功能，保证机组可以在双向潮流中工作，并充分捕获潮流能量，灵活应用，可提高能量捕获效率，提高发电量。
在额定流速以下时，机组以定桨距的方式运行。额定流速以上时，机组以变桨模式运行，限制叶轮捕获的能量，使功率维持在额定值。通过调节桨叶对潮流流向的攻角，改变叶轮的能量捕获效率从而灵活控制机组的功率输出。通过桨距角的调节，可以改善机组的启动性能及功率调节功能。
此外，在控制器或安全系统的指导下，在机组需要停机时，变桨系统可提供阻尼制动，实现水动力学停机。
由于采用了以上技术方案，本发明的潮流能发电机组的变桨方法解决了现有潮流能没有得到充分利用、发电效率低的问题。相对于定桨距发电机组，本发明采用双向变桨方式，实现了额定流速以上时功率的理想调节，同时减小了作用在潮流能发电机组上的瞬间载荷，提高了机组可靠性等。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种潮流能发电机组的变桨方法，其特征在于，所述潮流能发电机组的变桨角度为0-270°，所述方法包括：
设定正向来流的顺桨角度是0°，正向来流捕获能量最多的角度为90°，逆向来流的顺桨角度是180°，逆向来流捕获能量最多的角度为270°；
当正向来流时，桨叶在0°-90°进行功率调节；
当逆向来流时，桨叶在180°-270°进行功率调节。
2.根据权利要求1所述的潮流能发电机组的变桨方法，其特征在于，所述正向来流小于等于额定流速时，桨距角维持在90°；所述正向来流大于额定流速时，桨距角在0°到90°之间进行调整，使功率维持在额定值。
3.根据权利要求1所述的潮流能发电机组的变桨方法，其特征在于，所述逆向来流小于等于额定流速时，桨距角维持在270°；所述逆向来流大于额定流速时，桨距角在180°到270°之间进行调整，使功率维持在额定值。
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