CN111810346A - 一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置 - Google Patents

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CN111810346A CN202010694541.4A CN202010694541A CN111810346A CN 111810346 A CN111810346 A CN 111810346A CN 202010694541 A CN202010694541 A CN 202010694541A CN 111810346 A CN111810346 A CN 111810346A
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禹定峰
周燕
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Abstract

本发明公开一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，浮力摆式发电机构包括摆体、底座、动力传递部件、发电机；摆体安装在底座上，动力传递部件分别与摆体、发电机连接；该装置还包括基座、旋转云台、波浪能分布因子检测部件、控制平台；旋转云台安装在基座上，底座安装在旋转云台上，随旋转云台转动；波浪能分布因子检测部件、旋转云台分别与控制平台电连接；控制平台根据波浪能分布因子检测部件所检测的各分子因子计算波浪能在各个方向上的分布，根据计算结果控制旋转云台带动摆体转动。本装置选出能量最大的方向，通过旋转云台控制摆体旋转，使摆体可迎接波浪能最大的波浪位置，以有效提高俘获效率。

Description

一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置
技术领域
本发明涉及浮力摆式波浪能发电领域，具体涉及一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向方向调节装置。
背景技术
浮力摆式海浪发电装置具有常海况下能力俘获效率高、频率响应范围宽、可靠性高、建造成本低等优势，在海浪发电领域得到广泛使用。传统浮力摆式海浪发电装置一般在安装后，摆体迎波方向固定，无法调节，不能随波浪方向调节，影响俘获效率。目前，虽然有根据波浪参数调节摆件方向以调节有效迎波宽度的方案，但其是根据波浪整体方向调节摆件，而每个波浪在不同方向的能量分布是不同的，现有技术仍不能得到更优的俘获效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，基于波浪能量分布方向调节摆体方向，以有效提高能量俘获效率。
本发明的技术方案是：一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，浮力摆式发电机构包括摆体、底座、动力传递部件、发电机；摆体安装在底座上，动力传递部件分别与摆体、发电机连接；该装置还包括基座和旋转云台；旋转云台安装在基座上，底座安装在旋转云台上，随旋转云台转动；
该装置还包括波浪能分布因子检测部件、控制平台；波浪能分布因子检测部件、旋转云台分别与控制平台电连接；控制平台根据波浪能分布因子检测部件所检测的各分子因子计算波浪能在各个方向上的分布，根据计算结果控制旋转云台带动摆体转动。
进一步地，波浪能分布因子检测部件包括：检测波浪波长的波长检测件，检测海面10米高处风速的风速检测件。
进一步地，控制平台根据以下公式计算波浪能在各个方向上的分布：
Figure BDA0002590561640000011
其中，
Figure BDA0002590561640000012
为波浪在角度
Figure BDA0002590561640000013
与
Figure BDA0002590561640000014
之间的能量分布，，ω2、ω1是
Figure BDA0002590561640000015
方向上的波数；
另外，
Figure BDA0002590561640000021
Figure BDA0002590561640000022
是频谱，
Figure BDA0002590561640000023
是方向函数，
Figure BDA0002590561640000024
是归一化函数；
Figure BDA0002590561640000025
为无因次波数，
Figure BDA0002590561640000026
为无因次谱峰波数，
Figure BDA0002590561640000027
为无因次谱峰波数的1.95次方；
Figure BDA0002590561640000028
Q＝4.14exp(-0.809P0.766)≤1.42；
Figure BDA0002590561640000029
其中，ω＝2π/λ是波数，λ是波长，ω0是谱峰波数，g是重力加速度，t是风时，U是海面10m高处的平均风速。
进一步地，该装置还包括发电功率检测器；发电功率检测器分别与发电机、控制平台电连接。
进一步地，控制平台包括存储器，实时存储发电功率、波长、海面10米高处风速。
进一步地，控制平台基于发电功率、波长、海面10米高处风速，采用神经网络学习算法优化角度
Figure BDA00025905616400000210
与
Figure BDA00025905616400000211
的取值步长，并实时或在预设时段基于优化结果调整角度
Figure BDA00025905616400000212
与
Figure BDA00025905616400000213
的取值步长。
进一步地，该装置还包括报警器，报警器与控制器电连接，当控制平台检测发电功率异常时通过报警器报警。
进一步地，动力传递部件为液压缸。
本发明提供的一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，设置旋转云台，使摆体可随旋转云台转动，以便控制平台调节摆体方向，控制平台根据波浪能分布因子计算摆体所迎波浪在各个方向上的能量分布，选出能量最大的方向，通过旋转云台控制摆体旋转，使摆体可迎接波浪能最大的波浪位置，以有效提高俘获效率。
附图说明
图1是本发明具体实施例结构示意框图。
图中，1-摆体，2-底座，3-基座，4-旋转云台，5-发电机，6-发电功率检测器，7-控制平台，8-波浪能分布因子检测部件，9-报警器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
本实施例提供一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，通过分析波浪能的分布方向调节浮力摆式发电机构的方向，以接收最大的波浪能，提高俘获效率。
浮力摆式发电机5构包括摆体1、底座2、动力传递部件(图中未示出)、发电机5；摆体1安装在底座2上，动力传递部件分别与摆体1、发电机5连接。具体的，动力传递部件可以是液压缸。
为实现摆体1的转动，本实施例设置基座3和旋转云台4，旋转云台4安装在基座3上，底座2安装在旋转云台4上，随旋转云台4转动。旋转云台4转动最终带动摆体1转动。
旋转云台4由一控制平台7控制，控制平台7通过一波浪能分布因子检测部件8采集波浪能分布因子，以计算波浪能分布方向。具体的，波浪能分布因子检测部件8、旋转云台4分别与控制平台7电连接；控制平台7根据波浪能分布因子检测部件8所检测的各分子因子计算波浪能在各个方向上的分布，根据计算结果控制旋转云台4带动摆体1转动。
其中，波浪能分布因子检测部件8包括：检测波浪波长的波长检测件，检测海面10米高处风速的风速检测件。控制平台7通过波长和海面10米高处风速计算波浪能分布。
具体的，现有技术一般是计算某一区域的总波浪能大小，但波浪的能量也是分方向的，即能量在不同方向的分布不同。本实施例基于波浪方向谱计算特定方向的分能量，从而获知能量的分布方向，以找到能量分布最大的方向，基于此调节摆体1方向。
控制平台7根据以下公式(1)计算波浪能在各个方向上的分布：
Figure BDA0002590561640000041
其中，
Figure BDA0002590561640000042
为波浪在角度
Figure BDA0002590561640000043
与
Figure BDA0002590561640000044
之间的能量分布，ω2、ω1是
Figure BDA0002590561640000045
方向上的波数。
Figure BDA0002590561640000046
为波浪方向谱。
Figure BDA0002590561640000047
是频谱，
Figure BDA0002590561640000048
是方向函数，
Figure BDA0002590561640000049
是归一化函数；
Figure BDA00025905616400000410
为无因次波数，
Figure BDA00025905616400000411
为无因次谱峰波数，
Figure BDA00025905616400000412
为无因次谱峰波数的1.95次方；
Figure BDA00025905616400000413
Q＝4.14exp(-0.809P0.766)≤1.42；
Figure BDA00025905616400000414
其中，ω＝2π/λ是波数，λ是波长，ω0是谱峰波数，g是重力加速度，t是风时，U是海面10m高处的平均风速。
通过上述计算，可获得波浪能在任意方向的分布。
为检测上述计算的有效性，本实施例还设置发电功率检测器6；发电功率检测器6分别与发电机5、控制平台7电连接，以检测发电机5的发电功率是否得的有效提升，并进一步优化最佳选择方向。
控制平台7包括存储器，实时存储发电功率、波长、海面10米高处风速。控制平台7基于发电功率、波长、海面10米高处风速，采用神经网络学习算法优化角度
Figure BDA0002590561640000051
与
Figure BDA0002590561640000052
的取值步长，并实时或在预设时段基于优化结果调整角度
Figure BDA0002590561640000053
与
Figure BDA0002590561640000054
的取值步长，以进一步优化取能结果。
本实施例还设置报警器9，报警器9与控制器电连接，当控制平台7检测发电功率异常时通过报警器9报警，以提醒工作人员及时检修。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，浮力摆式发电机构包括摆体、底座、动力传递部件、发电机；摆体安装在底座上，动力传递部件分别与摆体、发电机连接；其特征在于，该装置还包括基座和旋转云台；旋转云台安装在基座上，底座安装在旋转云台上，随旋转云台转动；该装置还包括波浪能分布因子检测部件、控制平台；波浪能分布因子检测部件、旋转云台分别与控制平台电连接；控制平台根据波浪能分布因子检测部件所检测的各分子因子计算波浪能在各个方向上的分布，根据计算结果控制旋转云台带动摆体转动。
2.根据权利要求1所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，波浪能分布因子检测部件包括：检测波浪波长的波长检测件，检测海面10米高处风速的风速检测件。
3.根据权利要求2所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，控制平台根据以下公式计算波浪能在各个方向上的分布：
Figure FDA0002590561630000011
其中，
Figure FDA0002590561630000012
为波浪在角度
Figure FDA0002590561630000013
与
Figure FDA0002590561630000014
之间的能量分布，ω2、ω1是
Figure FDA0002590561630000015
方向上的波数；
另外，
Figure FDA0002590561630000016
Figure FDA0002590561630000017
是频谱，
Figure FDA0002590561630000018
是方向函数，
Figure FDA0002590561630000019
是归一化函数；
Figure FDA00025905616300000110
Figure FDA00025905616300000111
为无因次波数，
Figure FDA00025905616300000112
为无因次谱峰波数，
Figure FDA00025905616300000113
为无因次谱峰波数的1.95次方；
Figure FDA00025905616300000114
Q＝4.14exp(-0.809P0.766)≤1.42；
Figure FDA0002590561630000021
其中，ω＝2π/λ是波数，λ是波长，ω0是谱峰波数，g是重力加速度，t是风时，U是海面10m高处的平均风速。
4.根据权利要求3所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，该装置还包括发电功率检测器；发电功率检测器分别与发电机、控制平台电连接。
5.根据权利要求4所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，控制平台包括存储器，实时存储发电功率、波长、海面10米高处风速。
6.根据权利要求5所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，控制平台基于发电功率、波长、海面10米高处风速，采用神经网络学习算法优化角度
Figure FDA0002590561630000022
与
Figure FDA0002590561630000023
的取值步长，并实时或在预设时段基于优化结果调整角度
Figure FDA0002590561630000024
与
Figure FDA0002590561630000025
的取值步长。
7.根据权利要求4、5或6所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，该装置还包括报警器，报警器与控制器电连接，当控制平台检测发电功率异常时通过报警器报警。
8.根据权利要求1-6任一项所述的基于波浪能分布的浮力摆式发电机构方向调节装置，其特征在于，动力传递部件为液压缸。
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