CN109681372A - 一种波浪能发电仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种波浪能发电仿真系统，包括运动平台、发电箱、主控计算机、负载，所述运动平台包括底板以及第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件，主控计算机通过对第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件的控制实现发电箱不间断的俯仰运动，模拟发电箱在海浪中运动状况，进而模拟波浪能发电情况，同时将发电箱接入负载，可有效获知配电网接入波浪能发电系统后对配电网二次设备的影响，为波浪能发电系统接入配电网的研究提供了新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种波浪能发电仿真系统。
背景技术
南海诸岛远离大陆，属于典型深远海岛屿，随着国家南海战略的推进，对用电需求及可靠性要求增大，而占地球表面积70％的海洋中蕴藏的丰富的可再生能源，其中波浪能是开发品味最高的可再生能源，为了研究波浪能发电，科研人员建立了多种波浪能发电装置，如截止式、点头吸收式、消耗式等。受海况影响，波浪能的发电过程中的运行特性获取存在困难，同时也无法获知配电网接入波浪能发电系统后对配电网二次设备的影响，所以采用多自由度运动平台模拟海浪就成为一种全新方法，为波浪能发电系统接入配电网的研究提供了新的途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波浪能发电仿真系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种波浪能发电仿真系统，包括运动平台、发电箱、主控计算机、负载，所述运动平台包括底板以及第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件底部均与底板固定相连，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件内均设有第一电动伸缩杆与第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆顶部与第一电动伸缩杆相连，所述第一电动伸缩杆顶部均设有第二球铰，所述第二球铰均通过第二连接杆与与第一球铰相连，第一伸缩筒组件与第三伸缩筒组件上的第一球铰分别通过第一连接杆与“L”型支撑板相连，第三伸缩筒组件上的第一球铰通过另一第一连接杆与“一”型支撑板相连，所述“L”型支撑板与“一”型支撑板上放置发电箱，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件通过数据线与主控计算机相连，所述发电箱通过输电线与负载相连。
优选的，所述发电箱包括矩形金属箱，所述矩形金属箱内设有定子铁芯、直轴、动子，所述定子铁芯固定于矩形金属箱内并套接于直轴上，所述动子设于直轴上，并与直轴滑动相连。
优选的，所述直轴两端设有限位块，所述限位块外表面均设有防撞材料，所述防撞材料下设有压力传感器，所述压力传感器与主控计算机信号相连。。
优选的，所述定子铁芯呈圆筒状，圆筒内部设有多个圆环槽,所述圆环槽之间均设有圆环齿，所述圆环槽内嵌有线圈绕组，所述动子与直轴滑动相连并从圆环齿、线圈绕组中依次穿过，
优选的，所述动子包括永磁体磁极、动子磁轭，所述动子磁轭套接于直轴外表面，并与所述直轴滑动相连，所述动子磁轭外表面等间距的设有若干永磁体磁极，所述动子磁轭带动永磁体磁极从圆环齿、线圈绕组中反复穿过。
优选的，所述永磁体磁极为圆环状，所述永磁体磁极外径小于圆环齿外径。
优选的，所述矩形金属箱与定子铁芯的连接处设有输电接头，所述输电接头通过输电线与负载相连。
优选的，还包括电信号采集装置，所述电信号采集装置为电流传感器、电压传感器，所述电压传感器、电流传感器均设于输电线上，所述电压传感器、电流传感器还通过数据线与主控计算机相连。
优选的，所述主控计算机包括第一主控计算机与第二主控计算机，所述第一主控计算机通过数据线与第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件信号相连，所述第二主控计算机通过数据线与电压传感器、电流传感器相连。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：
本发明提供的一种波浪能发电仿真系统，在运动平台上设有第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件，主控计算机通过对第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件的控制带动发电箱实现不间断的俯仰运动，进而模拟发电箱在波浪中的运动姿态，从而实现对波浪能发电的模拟，同时将发电箱接入负载，可有效获知配电网接入波浪能发电系统后对配电网二次设备的影响，为波浪能发电系统接入配电网的研究提供了新的途径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的运动平台示意图；
图2为本发明实施例提供的定子铁芯、直轴、动子示意图；
图3为本发明实施例提供的气隙示意图；
图4为本发明实施例提供的定子铁芯内部示意图；
图5为本发明实施例提供的发电箱内部示意图；
图6为本发明实施例提供的运动平台与发电箱结合的示意图；
图7为本发明实施例提供的发电箱一端翘起示意图；
图8为本发明实施例提供的发电箱另一端翘起示意图。
图中，1-底板。2-第二电动伸缩杆，3-第一电动伸缩杆，4-第二球铰，5-第一球铰，6-第一连接杆，7-“L”型支撑板，8-“一”型支撑板，9-第二连接杆，10-发电箱，11-定子铁芯，12-直轴，13-永磁体磁极，14-动子磁轭，15-圆环齿，16-圆环槽，17-线圈绕组，18-气隙，19-限位块，20-防撞材料，21-压力传感器，22-输电接头，23-第一伸缩筒组件，24-第三伸缩筒组件。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
参见图1，一种波浪能发电仿真系统，包括运动平台、发电箱10、主控计算机、负载，所述运动平台包括底板1以及第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24，所述第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24底部均与底板1固定相连，所述第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24内均设有第一电动伸缩杆3与第二电动伸缩杆2，第二电动伸缩杆2顶部与第一电动伸缩杆3相连，所述第一电动伸缩杆3顶部均设有第二球铰4，所述第二球铰4均通过第二连接杆9与与第一球铰5相连，第一伸缩筒组件23与第三伸缩筒组件24上的第一球铰5分别通过第一连接杆6与“L”型支撑板7相连，第三伸缩筒组件24上的第一球铰5通过另一第一连接杆6与“一”型支撑板8相连，所述“L”型支撑板7与“一”型支撑板8上放置发电箱10，所述第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24通过数据线与主控计算机相连，所述发电箱10通过输电线与负载相连。
本发明实施例提供了一种运动平台，该运动平台包括底板1以及第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24，第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24均与主控计算机通过数据线相连，由于第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24的结构和用途均相同，在本实施中，为了区分三组伸缩筒，我们才将它们分别进行不同符号标注(即第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)和第三伸缩筒组件24)，第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)和第三伸缩筒组件24之间呈直线分布在底座上，并均与底座固定连接，用以提高稳定性；
下面我们以第一伸缩筒组件23为例对其结构进行详细描述(第一伸缩筒组件23与第三伸缩筒组件24结构一样，不进行一一阐述)，第一伸缩筒组件23顶部设有第二电动伸缩杆2，第二电动伸缩杆2顶部与第一电动伸缩杆3底部相连，而第一电动伸缩杆3顶部设有第二球铰4，通过第二球铰4可实现第二连接杆9与第一电动伸缩杆3的转动连接，而第二球铰4通过第二连接杆9与第一球铰5固定相连，而第一球铰5通过第一连接杆6与“L”型支撑板7相连，通过第一球铰5可实现“L”型支撑板7与第二连接杆9的转动连接，第一连接杆6起固定连接的作用，第二伸缩筒组件25(图中未标出)与第一伸缩筒组件23结构基本一致，唯一区别在于第二伸缩筒组件25(图中未标出)上的第一球铰5通过第一连接杆6与“一”型支撑板8相连，其“L”型支撑板7与“一”型支撑板8上放置发电箱10；
在本实施例中，主控计算机内设有三自由度控制程序，通过数据线对第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24进行控制，当需要发电箱10左端翘起时，操作人员将该控制命令输入三自由度控制程序中，三自由度控制程序输出控制指令，分别将第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24依次升长不等距离，在第一伸缩筒组件23向上升长一定距离时，发电箱10左端抬起，在发电箱10重力的作用下，第一伸缩筒组件23上的第二球铰4向右偏移，带动第二连接杆9向右偏转，第二连接杆9继续带动第一球铰5向右偏转，第一球铰5带动“L”型支撑板7向右偏转，第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24在升高过程中，其上的第二球铰4与第一球铰5也受发电箱10重力影响向右偏转，最终实现发电箱10左端抬起的运动状态，在此过程中，“L”型支撑板7与“一”型支撑板8均用于对发电箱10的固定支撑；
当需要发电箱10右端翘起时，操作人员将该控制命令输入三自由度控制程序中，三自由度控制程序输出控制指令，分别将第三伸缩筒组件24、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第一伸缩筒组件23依次升长不等距离，在第三伸缩筒组件24向上升长一定距离时，发电箱10右端抬起，在发电箱10重力的作用下，第三伸缩筒组件24上的第二球铰4向左偏移，带动第二连接杆9向左偏转，第二连接杆9继续带动第一球铰5向左偏转，第一球铰5带动“L”型支撑板7向左偏转，第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第一伸缩筒组件23在升高过程中，其上的第二球铰4与第一球铰5也受发电箱10重力影响向左偏转，最终实现发电箱10右端抬起的运动状态，在此过程中，“L”型支撑板7与“一”型支撑板8均用于对发电箱10的固定支撑，通过第一伸缩筒组件23、第三伸缩筒组件24、第二伸缩筒组件25(图中未标出)的伸长或缩短，可最终驱动发电箱10实现不间断的俯仰运动，从而模拟发电箱10在波浪波峰、波谷时的运动情况。
在本实施例中，所述发电箱10包括矩形金属箱，在矩形金属箱内设有定子铁芯11、直轴12、动子，直轴12为光滑金属柱，将直轴12设置于矩形金属箱中部，其两端与矩形金属箱固定连接，而定子铁芯11呈圆筒状，圆筒上下两端固定于矩形金属箱内且套接于直轴12上，定子铁芯11内部中空，其内腔内设有多个圆环槽16，而所述圆环槽16之间均设有圆环齿15，在圆环槽16内军嵌有线圈绕组17，线圈绕组17也为环形，所述动子包括永磁体磁极13、动子磁轭14，动子磁轭14采用只起磁力线传输的软磁材料或软磁合金制成，可约束感应圈漏磁向外扩散，提高磁感应效率，将动子磁轭14套接于直轴12外表面，并与所述直轴12滑动相连，在动子磁轭14外表面等间距的嵌套有若干永磁体磁极13，通过上述设置，可使矩形金属箱内具有恒定磁场，当动子磁轭14带动永磁体磁极13在圆轴上滑动，使永磁体磁极13能从圆环齿15、线圈绕组17中反复穿过时，线圈绕组17反复切割磁感线，使发电箱10内产生相应的感应电流。
具体的，为了保证永磁体磁极13与圆环齿15、线圈绕组17之间的摩擦力最小，将永磁体磁极13为设置为圆环状，且将永磁体磁极13外径设置成小于圆环齿15外径，线圈绕组17内径设置成大于永磁体磁极13外径、圆环齿15外径，将此设置可使永磁体磁极13与圆环齿15之间存在气隙18，使永磁体磁极13与圆环齿15之间的摩擦力降到最小，同时由于永磁体磁极13与线圈绕组17之间存在较大空隙，因此永磁体磁极13与线圈绕组17之间也不存在摩擦力，上述设置方式可使定子方便的在直轴12上反复滑动。
具体的，所述矩形金属箱与定子铁芯11的连接处设有输电接头22，所述输电接头22通过输电线与负载相连，输电线可将矩形金属箱内产生的感应电传递至负载，向负载供电，其负载可为配电网二次设备。
具体的，在输电线上设置电信号采集装置，所述电信号采集装置为电流传感器、电压传感器，所述电压传感器、电流传感器均与输电线电性相连，所述电压传感器、电流传感器还通过数据线与主控计算机相连，电压传感器、电流传感器可对发电箱10输出的电流电压进行监测，并将该监测数据传输至主控计算机。
具体的，所述主控计算机包括第一主控计算机与第二主控计算机，所述第一主控计算机通过数据线与第一伸缩筒组件23、第二伸缩筒组件25(图中未标出)、第三伸缩筒组件24信号相连，第一主控计算机用于对运动平台进行控制，所述第二主控计算机通过数据线与电压传感器、电流传感器相连，用于对发电箱10输出的电流电压进行监控。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于，在直轴12两端设有限位块19，在限位块19靠近定子的一侧设有防撞材料20，在防撞材料20的底部均设有压力传感器21，当运动平台带动发电箱10实现不间断的俯仰运动时，发电箱10内的动子在重力作用下不断的在直轴12上反复运动，而限位块19能防止定子与矩形金属箱两端相撞，降低矩形金属箱的物理损伤，同时限位块19上的防撞材料20能起到缓冲的效果，进一步降低定子的物理损伤，设置于防撞材料20下的压力传感器21在感应到有外力撞击时，将该信号传递至第一主控计算机，第一主控计算机根据该信号调节运动平台的运动姿态。
优选的，所述防撞材料20可为橡胶材料等常见防撞用品。
工作原理为：在需要进行波浪能发电模拟时，按上述连接方式将运动平台、发电箱10、主控计算机、负载进行连接，第一主控计算机驱动运动平台，运动平台带动发电箱10进行俯仰运动，当发电箱10一端被运动平台抬起，相当于发电箱10处于波峰，另一端处于波谷，发电箱10两端产生高度差，发电箱10内部的定子在重力势能作用下沿直轴12向下滑动，切割定子铁芯11内的磁感线，产生电流，从而模拟波浪能发电。操作人员可手动控制运动平台反转发电箱10姿态，同时还可根据压力传感器21信号控制运动平台反转发电箱10姿态，当发电箱10另一端被运动平台抬起时，动子沿直轴12滑回原处，再次切割定子铁芯11中的磁感线，继续产生电流，如此循环往复，在运动平台的连续作用下产生持续的电流，进而模拟发电箱10在波浪中发电情况，所获得的电流接入配电网二次设备，且通过电流传感器与电压传感器进行监控，了解在波浪能发电接入配电网对配电网二次设备的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，包括运动平台、发电箱、主控计算机、负载，所述运动平台包括底板以及第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件底部均与底板固定相连，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件内均设有第一电动伸缩杆与第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆顶部与第一电动伸缩杆相连，所述第一电动伸缩杆顶部均设有第二球铰，所述第二球铰均通过第二连接杆与与第一球铰相连，第一伸缩筒组件与第三伸缩筒组件上的第一球铰分别通过第一连接杆与“L”型支撑板相连，第三伸缩筒组件上的第一球铰通过另一第一连接杆与“一”型支撑板相连，所述“L”型支撑板与“一”型支撑板上放置发电箱，所述第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件通过数据线与主控计算机相连，所述发电箱通过输电线与负载相连。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述发电箱包括矩形金属箱，所述矩形金属箱内设有定子铁芯、直轴、动子，所述定子铁芯固定于矩形金属箱内并套接于直轴上，所述动子设于直轴上，并与直轴滑动相连。
3.根据权利要求1所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述直轴两端设有限位块，所述限位块外表面均设有防撞材料，所述防撞材料下设有压力传感器，所述压力传感器与主控计算机信号相连。
4.根据权利要求2所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述定子铁芯呈圆筒状，圆筒内部设有多个圆环槽,所述圆环槽之间均设有圆环齿，所述圆环槽内嵌有线圈绕组，所述动子与直轴滑动相连并从圆环齿、线圈绕组中依次穿过。
5.根据权利要求4所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述动子包括永磁体磁极、动子磁轭，所述动子磁轭套接于直轴外表面，并与所述直轴滑动相连，所述动子磁轭外表面等间距的设有若干永磁体磁极，所述动子磁轭带动永磁体磁极从圆环齿、线圈绕组中反复穿过。
6.根据权利要求5所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述永磁体磁极为圆环状，所述永磁体磁极外径小于圆环齿外径。
7.根据权利要求2所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述矩形金属箱与定子铁芯的连接处设有输电接头，所述输电接头通过输电线与负载相连。
8.根据权利要求3所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，还包括电信号采集装置，所述电信号采集装置为电流传感器、电压传感器，所述电压传感器、电流传感器均设于输电线上，所述电压传感器、电流传感器还通过数据线与主控计算机相连。
9.根据权利要求8所述的一种波浪能发电仿真系统，其特征在于，所述主控计算机包括第一主控计算机与第二主控计算机，所述第一主控计算机通过数据线与第一伸缩筒组件、第二伸缩筒组件、第三伸缩筒组件信号相连，所述第二主控计算机通过数据线与电压传感器、电流传感器相连。
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2018
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