CN108223243A - 一种基于分级发电方式的智能水利发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其结构包括仪表开关、发电机、散热口、上轴轴承、水轮机调速器、传动轴、调速连杆、导水罩、进水导叶、固定盘、下轴轴承、水轮机、光电编码器、叶轮、入水通道、水闸、拦垃圾网、螺旋式进水口、喇叭式尾水管、坝体、出水口，本发明模糊控制器能够克服克服由于过程本身的不确定性、不精确性和噪声带来的困难，实现被控制对象的控制作用，且在该水轮机调速器内部设有的光电编码器将该频率反馈用码盘与机端电压相结合，机端电压频率采用交流采样技术，采集频率随电网电压变化而变化，光电编码器的频率来自水轮机转轴，可提高水轮机调速器的可靠性。

Description

一种基于分级发电方式的智能水利发电系统

技术领域

本发明是一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，属于水利发电领域。

背景技术

分级发电方式可以按照水头的高低进行划分(水电站的水头,是指水电站上游和下游的高度差,单位用“米”表示)，目前我国按以下标准划分：1)最大水头40m以下的水电站称为低水头水电站；2)最大水头在40一200m的水电站称为中水头水电站；3)最大水头在200m以上的水电站称为高水头水电站，水利发电是发电的一种方式，利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。它是由建筑物来集中天然水流的落差，形成水头，并以水库汇集、调节天然水流的流量；基本设备是水轮发电机组。当水流通过水轮机时，水轮机受水流推动而转动，水轮机带动发电机发电，机械能转换为电能，再经过变电和输配电设备将电力送到用户。水能为自然界的再生性能源，随着水文循环，重复再生。水力发电在运行中不消耗燃料，运行管理费和发电成本远比燃煤电站低。水力发电在水能转化为电能的过程中不发生化学变化，不排泄有害物质，对环境影响小，因此水力发电所获得的是一种清洁的能源，水电站分类：潮汐水电站：而潮汐电站由于造价昂贵，尚未能大规模开发利用。其他形式的水力发电，如利用波浪能发电尚处于试验研究阶段。为实现不同类型的水电开发，需要使用水文、地质、水工建筑物、水力机械、电器装置、水利勘测、水利规划、水利工程施工、水利管理、水利经济学和电网运行等方面的知识，对下列方面进行研究；坝式水电站与引水式水电站：世界上已建的绝大多数水电站都属于利用河川天然落差和流量而修建的常规水电站。这种水电站按对天然水流的利用方式和调节能力分为径流式和蓄水式两种；按开发方式又可分为坝式水电站、引水式水电站和坝-引水混合式水电站，抽水蓄能电站是20世纪60年代以来发展较快的一种水电站；水力发电是再生能源，对环境冲击较小，发电效率高达90％以上，发电成本低，发电起动快，数分钟内可以完成发电，调节容易，单位输出电力之成本最低。除可提供廉价电力外，还有下列之优点：控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。

在现有的水利发电系统中，水轮发电机组组作为核心设备，水轮发电机组组的运形状态决定着电能质量和系统安全，目前，实现对水轮发电机组组的控制与调节，应用最为广泛仍是传统的PID控制器，主要是因为这种控制器的结构简单，控制策略易于实现，且具有一定的鲁棒性，但水力发电机组的水利发电系统是一个典型的非线性，大时滞，时变的复杂系统，所以在机组的实际运行过程中，常规PID控制器一般难以满足其调节品质的要求，在水利发电系统中，水轮发电机组的频率一般从机端电压提取，然后反馈到水轮机调速器的输入端，与给定频率相比较，该方式会导致机端电压在尖脉冲、浪涌等干扰影响下，由于测量的不准确，导致水轮机控制出现偏差，使得发电效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，以解决在机组的实际运行过程中，常规PID控制器一般难以满足其调节品质的要求，在水利发电系统中，水轮发电机组的频率一般从机端电压提取，然后反馈到水轮机调速器的输入端，与给定频率相比较，该方式会导致机端电压在尖脉冲、浪涌等干扰影响下，由于测量的不准确，导致水轮机控制出现偏差，使得发电效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其结构包括仪表开关、发电机、散热口、上轴轴承、水轮机调速器、传动轴、调速连杆、导水罩、进水导叶、固定盘、下轴轴承、水轮机、光电编码器、叶轮、入水通道、水闸、拦垃圾网、螺旋式进水口、喇叭式尾水管、坝体、出水口，所述发电机上设有两个散热口其之间焊接有仪表开关，所述发电机的底端通过上轴轴承与水轮机调速器的外壳为一体化结构，所述水轮机调速器的内部与传动轴的一端活动连接，所述传动轴的另一端贯穿于两个固定盘之间且固定连接在导水罩内部并与调速连杆相平行，所述导水罩的外表面设有两个以上的进水导叶且为一体成型结构，所述下轴轴承机械连接在传动轴与水轮机之间，所述水轮机的内部安装有光电编码器，所述水轮机与导水罩为一体化结构器内部安装有叶轮，所述入水通道上分别安装有水闸与拦垃圾网，所述发电机的底端垂直连接在螺旋式进水口上，所述螺旋式进水口的底端设有喇叭式尾水管且均安装在坝体的内部，所述喇叭式尾水管的底端与出水口相互贯通，所述光电编码器由电路板、光检测器、挡板、码盘、光源发射口、转轴、外壳、底座、滤镜、透镜组成，所述电路板的信号端与光检测器采用电连接，所述光检测器与挡板均焊接在电路板的底端且位于码盘上，所述码盘的中心部位活动连接有转轴，所述光源发射口上安装有透镜并通过安装在码盘上的滤镜与电路板上的光敏元件相配合，所述码盘与外壳之间通过转轴机械连接，所述外壳垂直固定在底座上，所述水轮机连接有水轮机调速系统，所述水轮机调速系统包括模糊控制器、控制器、接力器、水轮机调速器、光电编码器、水轮机转轴、叶轮，所述模糊控制器的信号输入端电连接于控制器，所述模糊控制器的信号输出端与发电机采用电连接，所述控制器的信号输出端通过接力器与叶轮电连接发电机，所述水轮机转轴的频率输出端电连接于光电编码器，所述光电编码器的信号输出端与水轮机调速器的信号端采用信号连接，所述模糊控制器包括A/D转换器、计算控制变量模块、模糊量化处理模块、模糊控制规则模块、模糊决策模块、非模糊化处理模块、D/A转换器、传感器，所述A/D转换器通过计算控制变量模块电连接于模糊量化处理模块，所述模糊控制规则模块、模糊决策模块、非模糊化处理模块的信号输入端与模糊量化处理模块电连接其信号输出端与D/A转换器信号连接，所述D/A转换器的信号端电连接于水轮机与发电机，所述水轮机与发电机的反馈信号电路通过传感器与模糊控制器电连接。

进一步地，所述固定盘设有两个均设在水轮机调速器的底端且呈上下平行。

进一步地，所述发电机的内部设有线圈定子、磁极转子。

进一步地，所述磁极转子设在线圈定子的内部并与仪表开关的接线端电连接。

进一步地，所述叶轮通过设有两个以上的叶片环绕构成一个风扇形结构。

进一步地，所述导水罩可以上下移动实现调节进水量的功能。

进一步地，所述喇叭式尾水管其目的是为了让水在里面流得更快，往下吸引水轮的力气就更大，发的电量就更多了，上小下大的比例一般是下面口径是上面的一倍。

进一步地，所述水轮机转轴设有密封结构，所述密封结构由密封供水口、转环、密封环、导向杆、密封座组成。

进一步地，所述转环的外表面设有一层抗磨层，所述密封供水口安装在水轮机转轴的左端，所述转环活动连接在导向杆上端，所述导向杆固定在密封环之间，所述水轮机转轴的左右两端设有导向杆并机械连接在密封座上。

有益效果

本发明一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，本发明通过引入了模糊控制器，在水利发电系统中与模糊控制器与光电编码器相结合，首先，水利发电系统的原理为：在有水位差的地方，水从高处往低处流，水有一定的流动速度，因此水带有动能；因为水位差，水在高处被地球的引力吸引往低处，从而水带有重力势能，水的动能和水的势能总和就是水的能量，水位差越高，水流量越大，水的能量就越大，水的能量作用在水轮机上，使得水轮机转动，带动发电机发电，也就是水的能量转变成电能的过程，就是水力发电，水位差，或者说水流落差，即进水处和出水处之间的垂直距离，我们简称为水头，上进水口不密封，尾水管变得很长，水轮机主要靠水的吸引力来工作，这便是我们常用的轴流式小型水力发电机，由于上口不密封，在有必要的情况下，可以用水沟把水引到远些地方，产生更大的水头；可以方便查检进水的情况，排除垃圾，发电机不工作的时候，可以把发机组移走，这样大大简化了发电机组的设计和安装，为了提高水轮机的效率，在安装的时候最好将进水处的地方做成扇形，或称螺旋式，这样方便进水形成顺时针的旋转，另外，在进水口处要设有水闸来控制水流量大小，和关掉水停机，水闸可以用木板钉做成或用铁板做成也行，还有拦垃圾网，防止垃圾、木块等物体随水流进水轮机内，卡死、堵口等，垃圾网最好用铁丝网做成；喇叭状尾水管：产生吸引力的那段下部比上部大的内部管叫做喇叭状引力管，上小下大，主要是让水流得更顺畅，管内部形成一股水，没有空气漏洞，因而形成了一股很强的吸引力带动水轮机转动，喇叭状引力管可用混泥土灌注成，内壁要尽量做得光滑，最大减小水下流的阻力，也可以用铁皮卷成，或其它东西做成都可以，喇叭状引力管上部和水轮机一样大，下部不能开得太大，过大了水充不满内部，形不成一股水，出水口的设计：出水口稍往上翘起，并且水要把出水口淹没，其作用是不让空气从进水口进去，保持内空无空气，形成一股吸引力比较强的水，轴流式水力发电机发电平台做好以后，把发电机插放到平台上，接好线，即可开水发电，在发电的过程中，水轮机的转动频率反馈到光电编码器上，光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器，光电编码器由码盘和光电检测器组成，码盘是在一个一定直径的圆板上等分的开通若干个长方形孔，由于光电码盘与水轮机同轴，水轮机旋转时，码盘与水轮机同速旋转，经电路板检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前水轮机的转速，该水轮机与发电机的信号输出通过模糊控制器控制，由于水利发电系统是一种非线性、大时滞、时变的复杂系统，因此存在着多个变量，该多个变量通过模糊控制器控制，为了实现规则总数最小化的目标，计算控制变量模块每次只输入两个变量即可，该变量传输到模糊量化处理模块进行处理，通过该方法对非线性进行控制，能够随意减变量，无需对规则集中的其他规则进行调整，从而使模糊控制规则模块的构建更加方便与简单，在运行过程中，可以选择对整个系统具有最大影响的变量作为首级规则集的系统变量，对系统影响第二大的变量则可以作为二级规则集的系统变量，以此类推，利用模糊控制器的分级对系统逐级调整，实现分级发电，使得系统的总输出接近性能指标，使得水利发电系统具有更好的调节特性和动态品质，性能优于传统的PI控制，通过在水轮机调速系统中设计了模糊控制器，模糊控制器作为一种智能控制方式，模糊控制器能够克服克服由于过程本身的不确定性、不精确性和噪声带来的困难，模糊控制属于计算机智能控制的一种现代方法，将传统的PI控制与现代模糊控制相结合，即构成了模糊PI控制，它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的规则由计算机的程序实现，规则是来自于人的经验形式化、模拟化，并给出相应的模糊判决，将其转化为精确量，实现被控制对象的控制作用，且在该水轮机调速器内部设有的光电编码器将该频率反馈用码盘与机端电压相结合，机端电压频率采用交流采样技术，采集频率随电网电压变化而变化，光电编码器的频率来自水轮机转轴，可提高水轮机调速器的可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种基于分级发电方式的智能水利发电系统轴流式水轮发电机组的外观结构示意图。

图2为本发明图1的内部剖面结构示意图。

图3为本发明光电编码器的爆炸结构示意图。

图4为本发明图1的安装立体结构示意图。

图5为本发明的螺旋式进水口平面示意图。

图6为本发明光电编码器的工作原理流程框图。

图7为本发明水轮机调速系统的结构示意图。

图8为本发明模糊控制器的工作原理框图。

图9为本发明水轮机转轴的密封结构内部剖面图。

图中：仪表开关-1、发电机-2、散热口-3、上轴轴承-4、水轮机调速器-5、传动轴-6、调速连杆-7、导水罩-8、进水导叶-9、固定盘-10、下轴轴承-11、水轮机-12、光电编码器-13、叶轮-14、入水通道-15、水闸-16、拦垃圾网-17、螺旋式进水口-18、喇叭式尾水管-19、坝体-20、出水口-21、线圈定子-201、磁极转子-202、电路板-131、光检测器-132、挡板-133、码盘-134、光源发射口-135、转轴-136、外壳-137、底座-138、滤镜-139、透镜-1310、模糊控制器-121、控制器-122、接力器-123、水轮机调速器-5、光电编码器-13、水轮机转轴-124、A/D转换器-1211、计算控制变量模块-1212、模糊量化处理模块-1213、模糊控制规则模块-1214、模糊决策模块-1215、非模糊化处理模块-1216、D/A转换器-1217、传感器-1218、密封供水口-1241、转环-1242、密封环-1243、导向杆-1244、密封座-1245。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

请参阅图1-图8，本发明提供一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其结构包括仪表开关1、发电机2、散热口3、上轴轴承4、水轮机调速器5、传动轴6、调速连杆7、导水罩8、进水导叶9、固定盘10、下轴轴承11、水轮机12、光电编码器13、叶轮14、入水通道15、水闸16、拦垃圾网17、螺旋式进水口18、喇叭式尾水管19、坝体20、出水口21，所述发电机2上设有两个散热口3其之间焊接有仪表开关1，所述发电机2的底端通过上轴轴承4与水轮机调速器5的外壳为一体化结构，所述水轮机调速器5的内部与传动轴6的一端活动连接，所述传动轴6的另一端贯穿于两个固定盘10之间且固定连接在导水罩8内部并与调速连杆7相平行，所述导水罩8的外表面设有两个以上的进水导叶9且为一体成型结构，所述下轴轴承11机械连接在传动轴6与水轮机12之间，所述水轮机12的内部安装有光电编码器13，所述水轮机12与导水罩8为一体化结构器内部安装有叶轮14，所述入水通道15上分别安装有水闸16与拦垃圾网17，所述发电机2的底端垂直连接在螺旋式进水口18上，所述螺旋式进水口18的底端设有喇叭式尾水管19且均安装在坝体20的内部，所述喇叭式尾水管19的底端与出水口21相互贯通，所述光电编码器13由电路板131、光检测器132、挡板133、码盘134、光源发射口135、转轴136、外壳137、底座138、滤镜139、透镜1310组成，所述电路板131的信号端与光检测器132采用电连接，所述光检测器132与挡板133均焊接在电路板131的底端且位于码盘134上，所述码盘134的中心部位活动连接有转轴136，所述光源发射口135上安装有透镜1310并通过安装在码盘134上的滤镜139与电路板131上的光敏元件相配合，所述码盘134与外壳137之间通过转轴136机械连接，所述外壳137垂直固定在底座138上，所述水轮机12连接有水轮机调速系统，所述水轮机调速系统包括模糊控制器121、控制器122、接力器123、水轮机调速器5、光电编码器13、水轮机转轴124、叶轮14，所述模糊控制器121的信号输入端电连接于控制器122，所述模糊控制器121的信号输出端与发电机2采用电连接，所述控制器122的信号输出端通过接力器123与叶轮14电连接发电机2，所述水轮机转轴124的频率输出端电连接于光电编码器13，所述光电编码器13的信号输出端与水轮机调速器5的信号端采用信号连接，所述模糊控制器121包括A/D转换器1211、计算控制变量模块1212、模糊量化处理模块1213、模糊控制规则模块1214、模糊决策模块1215、非模糊化处理模块1216、D/A转换器1217、传感器1218，所述A/D转换器1211通过计算控制变量模块1212电连接于模糊量化处理模块1213，所述模糊控制规则模块1214、模糊决策模块1215、非模糊化处理模块1216的信号输入端与模糊量化处理模块1213电连接其信号输出端与D/A转换器1217信号连接，所述D/A转换器1217的信号端电连接于水轮机12与发电机2，所述水轮机12与发电机2的反馈信号电路通过传感器1218与模糊控制器121电连接，所述固定盘10设有两个均设在水轮机调速器5的底端且呈上下平行，所述发电机2的内部设有线圈定子201、磁极转子202，所述磁极转子202设在线圈定子201的内部并与仪表开关1的接线端电连接，所述叶轮14通过设有两个以上的叶片环绕构成一个风扇形结构，所述导水罩8可以上下移动实现调节进水量的功能，所述喇叭式尾水管19其目的是为了让水在里面流得更快，往下吸引水轮的力气就更大，发的电量就更多了，上小下大的比例一般是下面口径是上面的一倍。

本发明通过引入了模糊控制器121，在水利发电系统中与模糊控制器121与光电编码器13相结合，首先，水利发电系统的原理为：在有水位差的地方，水从高处往低处流，水有一定的流动速度，因此水带有动能；因为水位差，水在高处被地球的引力吸引往低处，从而水带有重力势能，水的动能和水的势能总和就是水的能量，水位差越高，水流量越大，水的能量就越大，水的能量作用在水轮机12上，使得水轮机12转动，带动发电机2发电，也就是水的能量转变成电能的过程，就是水力发电，水位差，或者说水流落差，即进水处和出水处之间的垂直距离，我们简称为水头，如图4所示，上进水口不密封，尾水管变得很长，水轮机12主要靠水的吸引力来工作，这便是我们常用的轴流式小型水力发电机2，由于上口不密封，在有必要的情况下，可以用水沟把水引到远些地方，产生更大的水头；可以方便查检进水的情况，排除垃圾，发电机2不工作的时候，可以把发机组移走，这样大大简化了发电机2组的设计和安装，为了提高水轮机12的效率，在安装的时候最好将进水处的地方做成扇形，或称螺旋式，这样方便进水形成顺时针的旋转，如图5所示，另外，在进水口处要设有水闸16来控制水流量大小，和关掉水停机，水闸16可以用木板钉做成或用铁板做成也行，还有拦垃圾网，防止垃圾、木块等物体随水流进水轮机12内，卡死、堵口等，垃圾网最好用铁丝网做成；喇叭状尾水管：产生吸引力的那段下部比上部大的内部管叫做喇叭状引力管，上小下大，主要是让水流得更顺畅，管内部形成一股水，没有空气漏洞，因而形成了一股很强的吸引力带动水轮机12转动，喇叭状引力管可用混泥土灌注成，内壁要尽量做得光滑，最大减小水下流的阻力，也可以用铁皮卷成，或其它东西做成都可以，喇叭状引力管上部和水轮机12一样大，下部不能开得太大，过大了水充不满内部，形不成一股水，出水口的设计：如图4所示的出水口稍往上翘起，并且水要把出水口淹没，其作用是不让空气从进水口进去，保持内空无空气，形成一股吸引力比较强的水，轴流式水力发电机2发电平台做好以后，如图2所示，把发电机2插放到平台上，接好线，即可开水发电，在发电的过程中，水轮机12的转动频率反馈到光电编码器13上，光电编码器13是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器，光电编码器13由码盘134和光电检测器组成，码盘134是在一个一定直径的圆板上等分的开通若干个长方形孔，由于光电码盘134与水轮机12同轴，水轮机12旋转时，码盘134与水轮机12同速旋转，经电路板检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器13输出脉冲的个数就能反映当前水轮机12的转速，该水轮机12与发电机2的信号输出通过模糊控制器121控制，由于水利发电系统是一种非线性、大时滞、时变的复杂系统，因此存在着多个变量，该多个变量通过模糊控制器121控制，为了实现规则总数最小化的目标，计算控制变量模块1212每次只输入两个变量即可，该变量传输到模糊量化处理模块进行处理，通过该方法对非线性进行控制，能够随意减变量，无需对规则集中的其他规则进行调整，从而使模糊控制规则模块1214的构建更加方便与简单，在运行过程中，可以选择对整个系统具有最大影响的变量作为首级规则集的系统变量，对系统影响第二大的变量则可以作为二级规则集的系统变量，以此类推，利用模糊控制器121的分级对系统逐级调整，实现分级发电，使得系统的总输出接近性能指标，使得水利发电系统具有更好的调节特性和动态品质，性能优于传统的PI控制。

实施例2

请参阅图1-图9，所述水轮机转轴124设有密封结构，所述密封结构由密封供水口1241、转环1242、密封环1243、导向杆1244、密封座1245组成，所述转环1242的外表面设有一层抗磨层，所述密封供水口1241安装在水轮机转轴124的左端，所述转环1242活动连接在导向杆1244上端，所述导向杆1244固定在密封环1243之间，所述水轮机转轴124的左右两端设有导向杆1244并机械连接在密封座1245上。

为了让水轮机更加高效的运作，且不受水体的影响，因此需要对水轮机转轴124进行密封处理，水轮机主轴密封是水轮机的一项重要保护,它装在水导轴承的下面,以防止压力水从主轴和顶盖(或支持盖)之间渗漏机坑内,淹没水导轴承,破坏水导轴承的工作,影响机组的运行，通过密封环1243和密封座1245套紧导向杆1244，以此起到密封的作用。

本发明所述的模糊控制器121利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键。系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的，然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力，因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题，“模糊”是人类感知万物，获取知识，思维推理，决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界；模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。

其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本发明解决的问题是在机组的实际运行过程中，常规PID控制器一般难以满足其调节品质的要求，在水利发电系统中，水轮发电机组的频率一般从机端电压提取，然后反馈到水轮机调速器的输入端，与给定频率相比较，该方式会导致机端电压在尖脉冲、浪涌等干扰影响下，由于测量的不准确，导致水轮机控制出现偏差，使得发电效率低，本发明通过上述部件的互相组合，通过在水轮机调速系统中设计了模糊控制器，模糊控制器作为一种智能控制方式，模糊控制器能够克服克服由于过程本身的不确定性、不精确性和噪声带来的困难，模糊控制属于计算机智能控制的一种现代方法，将传统的PI控制与现代模糊控制相结合，即构成了模糊PI控制，它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的规则由计算机的程序实现，规则是来自于人的经验形式化、模拟化，并给出相应的模糊判决，将其转化为精确量，实现被控制对象的控制作用，且在该水轮机调速器内部设有的光电编码器将该频率反馈用码盘与机端电压相结合，机端电压频率采用交流采样技术，采集频率随电网电压变化而变化，光电编码器的频率来自水轮机转轴，可提高水轮机调速器的可靠性，具体如下所述：

所述光电编码器13由电路板131、光检测器132、挡板133、码盘134、光源发射口135、转轴136、外壳137、底座138、滤镜139、透镜1310组成，所述电路板131的信号端与光检测器132采用电连接，所述光检测器132与挡板133均焊接在电路板131的底端且位于码盘134上，所述码盘134的中心部位活动连接有转轴136，所述光源发射口135上安装有透镜1310并通过安装在码盘134上的滤镜139与电路板131上的光敏元件相配合，所述码盘134与外壳137之间通过转轴136机械连接，所述外壳137垂直固定在底座138上，所述水轮机12连接有水轮机调速系统，所述水轮机调速系统包括模糊控制器121、控制器122、接力器123、水轮机调速器5、光电编码器13、水轮机转轴124、叶轮14，所述模糊控制器121的信号输入端电连接于控制器122，所述模糊控制器121的信号输出端与发电机2采用电连接，所述控制器122的信号输出端通过接力器123与叶轮14电连接发电机2，所述水轮机转轴124的频率输出端电连接于光电编码器13，所述光电编码器13的信号输出端与水轮机调速器5的信号端采用信号连接，所述模糊控制器121包括A/D转换器1211、计算控制变量模块1212、模糊量化处理模块1213、模糊控制规则模块1214、模糊决策模块1215、非模糊化处理模块1216、D/A转换器1217、传感器1218，所述A/D转换器1211通过计算控制变量模块1212电连接于模糊量化处理模块1213，所述模糊控制规则模块1214、模糊决策模块1215、非模糊化处理模块1216的信号输入端与模糊量化处理模块1213电连接其信号输出端与D/A转换器1217信号连接，所述D/A转换器1217的信号端电连接于水轮机12与发电机2，所述水轮机12与发电机2的反馈信号电路通过传感器1218与模糊控制器121电连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其结构包括仪表开关(1)、发电机(2)、散热口(3)、上轴轴承(4)、水轮机调速器(5)、传动轴(6)、调速连杆(7)、导水罩(8)、进水导叶(9)、固定盘(10)、下轴轴承(11)、水轮机(12)、光电编码器(13)、叶轮(14)、入水通道(15)、水闸(16)、拦垃圾网(17)、螺旋式进水口(18)、喇叭式尾水管(19)、坝体(20)、出水口(21)，其特征在于：

所述发电机(2)上设有两个散热口(3)其之间焊接有仪表开关(1)，所述发电机(2)的底端通过上轴轴承(4)与水轮机调速器(5)的外壳为一体化结构，所述水轮机调速器(5)的内部与传动轴(6)的一端活动连接，所述传动轴(6)的另一端贯穿于两个固定盘(10)之间且固定连接在导水罩(8)内部并与调速连杆(7)相平行，所述导水罩(8)的外表面设有两个以上的进水导叶(9)且为一体成型结构，所述下轴轴承(11)机械连接在传动轴(6)与水轮机(12)之间，所述水轮机(12)的内部安装有光电编码器(13)，所述水轮机(12)与导水罩(8)为一体化结构器内部安装有叶轮(14)，所述入水通道(15)上分别安装有水闸(16)与拦垃圾网(17)，所述发电机(2)的底端垂直连接在螺旋式进水口(18)上，所述螺旋式进水口(18)的底端设有喇叭式尾水管(19)且均安装在坝体(20)的内部，所述喇叭式尾水管(19)的底端与出水口(21)相互贯通；

所述光电编码器(13)由电路板(131)、光检测器(132)、挡板(133)、码盘(134)、光源发射口(135)、转轴(136)、外壳(137)、底座(138)、滤镜(139)、透镜(1310)组成，所述电路板(131)的信号端与光检测器(132)采用电连接，所述光检测器(132)与挡板(133)均焊接在电路板(131)的底端且位于码盘(134)上，所述码盘(134)的中心部位活动连接有转轴(136)，所述光源发射口(135)上安装有透镜(1310)并通过安装在码盘(134)上的滤镜(139)与电路板(131)上的光敏元件相配合，所述码盘(134)与外壳(137)之间通过转轴(136)机械连接，所述外壳(137)垂直固定在底座(138)上；

所述水轮机(12)连接有水轮机调速系统，所述水轮机调速系统包括模糊控制器(121)、控制器(122)、接力器(123)、水轮机调速器(5)、光电编码器(13)、水轮机转轴(124)、叶轮(14)，所述模糊控制器(121)的信号输入端电连接于控制器(122)，所述模糊控制器(121)的信号输出端与发电机(2)采用电连接，所述控制器(122)的信号输出端通过接力器(123)与叶轮(14)电连接发电机(2)，所述水轮机转轴(124)的频率输出端电连接于光电编码器(13)，所述光电编码器(13)的信号输出端与水轮机调速器(5)的信号端采用信号连接；

所述模糊控制器(121)包括A/D转换器(1211)、计算控制变量模块(1212)、模糊量化处理模块(1213)、模糊控制规则模块(1214)、模糊决策模块(1215)、非模糊化处理模块(1216)、D/A转换器(1217)、传感器(1218)，所述A/D转换器(1211)通过计算控制变量模块(1212)电连接于模糊量化处理模块(1213)，所述模糊控制规则模块(1214)、模糊决策模块(1215)、非模糊化处理模块(1216)的信号输入端与模糊量化处理模块(1213)电连接其信号输出端与D/A转换器(1217)信号连接，所述D/A转换器(1217)的信号端电连接于水轮机(12)与发电机(2)，所述水轮机(12)与发电机(2)的反馈信号电路通过传感器(1218)与模糊控制器(121)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其特征在于：所述固定盘(10)设有两个均设在水轮机调速器(5)的底端且呈上下平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其特征在于：所述发电机(2)的内部设有线圈定子(201)、磁极转子(202)。

4.根据权利要求3所述的一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其特征在于：所述磁极转子(202)设在线圈定子(201)的内部并与仪表开关(1)的接线端电连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于分级发电方式的智能水利发电系统，其特征在于：所述叶轮(14)通过设有两个以上的叶片环绕构成一个风扇形结构。