CN116696670A - 一种波浪能-风能联合发电装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能‑风能联合发电装置及控制方法，包括漂浮式平台、风力发电机组和波浪能机构；漂浮式平台安装有倾角检测机构，倾角检测机构用于获取漂浮式平台的平台倾角数据并与预设标准倾角数据进行比较，生成比较结果；风力发电机组安装于漂浮式平台上端，风力发电机组用于响应于接收到的比较结果，并调整朝向位置获取风能；波浪能机构与漂浮式平台活动连接，波浪能机构用于响应于接收到的比较结果，并调整迎波角度获取波浪能；解决了现有的海上发电装置会存在风资源和浪资源的不同步、不匹配的问题，进而导致风浪资源同步利用效率低的问题。

Description

一种波浪能-风能联合发电装置及控制方法
技术领域
本发明涉及可再生能源发电技术领域，尤其涉及一种波浪能-风能联合发电装置及控制方法。
背景技术
海洋蕴藏着丰富的风能、波浪能、潮汐能、温差能以及潮流能等多种清洁可再生能源，其中，风能具有资源丰富、发电利用小时高、不占用土地和适宜大规模开发的特点，波浪能具有能流密度大、分布广泛、可持续利用、不受时空局限等优点，风能和波浪能最具规模化开发利用前景。由于波浪能和风能在地域分布上具有一定的相似性，科学集成海上风力发电机组和波浪能发电装置，可降低造价成本，提高海上可再生能源的利用率。
目前，由于风资源和浪资源都具有波动性、间隙性与随机性，风、浪的来向会影响能量转换效率以及装置的稳定性，而现有的海上发电装置会存在风资源和浪资源的不同步、不匹配的问题，进而导致风浪资源同步利用效率低。
发明内容
本发明提供了一种波浪能-风能联合发电装置及控制方法，解决了现有的海上发电装置会存在风资源和浪资源的不同步、不匹配的问题，进而导致风浪资源同步利用效率低的问题。
本发明第一方面提供的一种波浪能-风能联合发电装置，包括漂浮式平台、风力发电机组和波浪能机构；
所述漂浮式平台安装有倾角检测机构，所述倾角检测机构用于获取所述漂浮式平台的平台倾角数据并与预设标准倾角数据进行比较，生成比较结果；
所述风力发电机组安装于所述漂浮式平台上端，所述风力发电机组用于响应于接收到的所述比较结果，并调整朝向位置获取风能；
所述波浪能机构与所述漂浮式平台活动连接，所述波浪能机构用于响应于接收到的所述比较结果，并调整迎波角度获取波浪能。
可选地，所述风力发电机组包括塔架、轮毂、机舱和叶片；
所述塔架的底部与所述漂浮式平台固定连接；
所述塔架的顶部安装有所述机舱；
所述叶片通过所述轮毂与所述机舱连接；
所述机舱内安装有偏航系统，所述偏航系统用于获取风向偏差数据并控制所述叶片的朝向位置。
可选地，所述偏航系统包括第一驱动电机、风速风向检测机构和第一控制器；
所述风速风向检测机构与所述第一控制器电连接，所述风速风向检测机构用于获取风向风速数据；
所述第一控制器连接有所述第一驱动电机；所述第一控制器用于接收所述风向风速数据并进行比较操作，生成所述风向偏差数据；
所述第一驱动电机与所述叶片驱动连接，所述第一驱动电机用于根据接收到的所述风向偏差数据驱动所述叶片转动。
可选地，所述漂浮式平台包括平台主框架、内切副框架和旋转支撑件；
所述平台主框架包括多个立柱和多条连接杆；
多个所述立柱呈正多边形布置，每相邻的两个所述立柱之间通过多条所述连接杆连接；
所述内切副框架为圆形镂空结构，所述内切副框架包括两个圆形固定架和圆形导轨；
两个所述圆形固定架均与处于同一水平面的所述连接杆相切，两个所述圆形固定架平行间隔设置；
所述圆形固定架安装有所述圆形导轨；
两个所述圆形固定架内均设置有固定杆；
两个所述固定杆之间设置有用于驱动所述旋转支撑件在所述圆形导轨上周向运动的主轴；
所述风力发电机组与所述固定杆固定连接。
可选地，所述平台主框架为正三角形镂空结构，所述平台主框架包括三个立柱和六条连接杆；
三个所述立柱呈正三角形布置，每相邻的两个所述立柱之间通过两条所述连接杆连接，两条所述连接杆平行间隔设置。
可选地，所述立柱内设置有压载舱和控制舱；
所述压载舱与所述控制舱分层设置于所述立柱内部；
所述压载舱置于所述立柱的内部下层，所述压载舱用于调整所述漂浮式平台的重心；
所述控制舱置于所述立柱的内部上层，所述控制舱用于放置控制设备。
可选地，所述旋转支撑件包括波浪传感器、移动轴、支撑板筋、所述主轴和自动锁紧装置；
所述支撑板筋的一侧设置所述主轴，所述主轴的上下两端分别与所述内切副框架内的上下两个所述固定杆转动连接；
所述支撑板筋的另一侧设置有所述移动轴，所述移动轴用于与所述圆形导轨活动连接；
所述移动轴的一侧安装有波浪传感器，所述波浪传感器用于获取波高浪向数据；
所述移动轴上安装有所述自动锁紧装置，所述自动锁紧装置用于对所述支撑板筋进行锁止定位；
所述支撑板筋上安装有多个所述波浪能机构；
所述支撑板筋内设置有转向控制系统，所述转向控制系统用于获取波向偏差数据并控制所述漂浮式平台的迎波角度。
可选地，所述转向控制系统包括第二控制器和第二驱动电机；
所述波浪传感器与所述第二控制器连接；
所述第二控制器与所述第二驱动电机电连接，所述第二控制器用于获取所述波高浪向数据并进行比较操作，生成所述波向偏差数据；
所述第二驱动电机与所述主轴驱动连接；所述第二驱动电机用于根据接收到的所述波向偏差数据驱动所述主轴转动。
可选地，所述波浪能机构包括第一铰接板、第二铰接板、两个液压缸、两个液压杆、两个第一连杆、两个第二连杆、两个第三连杆和吸波浮体；
所述第一铰接板的一侧与所述支撑板筋固定连接；
所述第一铰接板的另一侧铰接有两个所述液压缸，两个所述液压缸平行间隔设置；
两个所述液压缸远离所述第一铰接板的另一端均与所述液压杆的一端差动连接，所述液压缸与所述液压杆配合使用；
两个所述液压杆的另一端均与所述第一连杆的杆身一侧接近中部位置铰接；
两个所述第一连杆的一端均与所述第二铰接板的一侧铰接，两个所述第一连杆平行间隔设置；
所述第二铰接板的另一侧与所述支撑板筋固定连接；
两个所述第一连杆的另一端与所述吸波浮体铰接；
两个所述第二连杆的一端均与所述第一连杆的杆身另一侧接近中部位置铰接；
两个所述第二连杆的另一端均通过弹簧与所述第三连杆的一端连接，两个所述第二连杆平行间隔设置；
两个所述第三连杆的另一端与吸波浮体连接，两个所述第三连杆平行间隔设置。
本发明第二方面提供的一种应用于上述的波浪能-风能联合发电装置的控制方法，所述波浪能-风能联合发电装置包括漂浮式平台、风力发电机组和波浪能机构，所述方法包括：
响应于检测到的所述漂浮式平台的平台倾角数据，并将所述平台倾角数据与预设标准倾角数据进行比较；
当所述平台倾角数据小于所述预设标准倾角数据时，通过调整所述风力发电机组的朝向位置获取风能；
通过调整所述波浪能机构的迎波角度获取波浪能。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
风力发电机组和波浪能机构集成布置在漂浮式平台上；风力发电机组上安装有偏航系统，当风速矢量的方向变化时，通过控制使风机风轮快速平稳地对准风向，实现风能的最大俘获；波浪能机构安装在360°方向可调的支撑件上，当来波方向变化时，通过调整旋转支撑件迎波面与来波之间的角度，使吸波浮体对准来波，实现波浪能的高效俘获；装置可以通过调节风力发电机组和波浪能机构方向实现对风能和波浪能资源波动的随动，进而提高风能和波浪能资源的俘获效率；当出现台风等极端天气时，装置除了传统的风力发电机组通过偏航、变桨等启动自保护抗台功能外，还可通过调整波浪能吸波浮体的位置调整波浪能-风能联合发电装置重心和浮心，进而实现装置的稳性优化控制；本发明对不同的风浪资源具有良好自适应性和随动性，可实现风能和波浪能的高效俘获，同时还可在极端工况下通过调整波浪能吸波浮体的位置调整波浪能-风能联合发电装置重心，提高装置的稳定性，解决现有的风资源和浪资源的不同步、不匹配导致风浪资源同步利用效率低以及装置稳定性控制困难的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的风力发电机组结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的漂浮式平台结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的旋转支撑件结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构随波浪来向的第一调整方向示意图；
图7为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构随波浪来向的第二调整方向示意图；
图8为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构随波浪来向的第三调整方向示意图；
图9为本发明实施例提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法的步骤流程图；
图10为本发明实施例提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法的控制流程图；
图11为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置调整控制后产生的功率增量示意图；
图12为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的重心调整变化示意图。
其中，附图标记含义如下：
1、风力发电机组；2、漂浮式平台；3、旋转支撑件；4、波浪能机构；5、塔架；6、轮毂；7、机舱；8、叶片；9、立柱；10、连接杆；11、圆形固定架；12、圆形导轨；13、固定杆；14、波浪传感器；15、移动轴；16、支撑板筋；17、主轴；18、自动锁紧装置；19、第一铰接板；20、第二铰接板；21、液压缸；22、液压杆；23、第一连杆；24、第二连杆；25、第三连杆；26、吸波浮体。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种波浪能-风能联合发电装置及控制方法，用于解决现有的海上发电装置会存在风资源和浪资源的不同步、不匹配的问题，进而导致风浪资源同步利用效率低的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的结构示意图。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，包括漂浮式平台2、风力发电机组1和波浪能机构4；漂浮式平台2安装有倾角检测机构，倾角检测机构用于获取漂浮式平台2的平台倾角数据并与预设标准倾角数据进行比较，生成比较结果；风力发电机组1安装于漂浮式平台2上端，风力发电机组1用于响应于接收到的比较结果，并调整朝向位置获取风能；波浪能机构4与漂浮式平台2活动连接，波浪能机构4用于响应于接收到的比较结果，并调整迎波角度获取波浪能。
需要说明的是，将风力发电机组1和波浪能机构4波浪能机构4设置与漂浮式平台2，漂浮式平台2安装有倾角检测机构，倾角检测机构为倾角传感器，通过倾角检测机构实时获取漂浮式平台2的平台倾角数据，当平台倾角数据小于预设标准倾角数据时，通过调整安装于浮式平台上端的风力发电机组1的朝向位置以获取风能，风载荷作用在叶片8上，带动机舱7内的风力发电机转子转动，可以将风能转换成风力发电机转子的机械能，其中风力发电机的转子转动带动发电机发电将机械能转化成电能，实现了将风能转换为机械能进而发电，同时，通过调整与漂浮式平台2活动连接的波浪能机构4的迎波角度以获取波浪能，在波浪载荷作用下，吸波浮体26向上运动，带动液压杆22压缩液压缸21内液压油以及弹簧，将波浪能转变为液压能以及弹簧机械能，当吸波浮体26向上运动到一定程度时，波浪载荷不足以继续对吸波浮体26做功，弹簧推动吸波浮体26恢复至初始位置，吸波浮体26的往复运动将波浪能转变为液压能以及弹簧机械能，进而通过设置的发电机完成波浪能的发电，实现将波浪能转换为电能进而发电，转换的电能一部分可存储于外接电能存储装置中，同时转换的电能为波浪能-风能联合发电装置内各个用电设备提供工作电能，另一部分通过传输系统输送至电网，以供陆地用户使用。
在具体的实现中，将风力发电机组1安装于漂浮式平台2的上方，波浪能机构4设置在漂浮式平台2内，当倾角检测机构检测到漂浮式平台倾斜角度大于预设时，通过安装在漂浮式平台2内的旋转支撑件带动波浪能机构4实现对波，同时，通过启动风力发电机组1内的机舱7控制安装在轮毂6上的叶片8实现对风。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的风力发电机组1结构示意图。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，风力发电机组1包括塔架5、轮毂6、机舱7和叶片8；塔架5的底部与漂浮式平台2固定连接；塔架5的顶部安装有机舱7；叶片8通过轮毂6与机舱7连接；机舱7内安装有偏航系统，偏航系统用于获取风向偏差数据并控制叶片8的朝向位置；
需要说明的是，风力发电机组1包括塔架5、轮毂6、机舱7和叶片8，其中，机舱7内安装有偏航系统，当风速矢量的方向变化时，通过控制使得叶片8快速平稳地对准风向，实现风能的最大俘获。
值得一提的是，风向偏差数据指的是目标风速和目标风向角与关联的标准风速和标准风向角之间进行比较所生成的调整数据，当目标风速大于标准风速时(也即当风速超过最大允许运行风速时)，风力发电机组1偏航刹车，停止运行，当目标风速小于标准风速(也即当风速小于最大允许运行风速)且目标风向角(目标风向角指的是风力发电机组1最佳风向角与实际风向角之间的夹角)大于标准风向角(也即最大允许风向夹角)时，风力发电机组1的偏航系统启动，偏航对风，最大程度捕获风能。
值得一提的是，偏航刹车也即偏航制动，是指当风力发电机组1的偏航角超出安全范围，则通过偏航系统调整风机叶轮的的迎风位置，将风力发电机组1的偏航角减小，以保证风力发电机组1的安全运行，并保证风力发电机组1的高稳定性，也即在极限工况下锁止，确保风力发电机组1安全。
偏航对风指的是是指在风速未超限时，通过偏航系统使风轮正面迎风，最大程度将风能转变为机械能进而发电。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，偏航系统包括第一驱动电机、风速风向检测机构和第一控制器；风速风向检测机构与第一控制器电连接，风速风向检测机构用于获取风向风速数据；第一控制器连接有第一驱动电机；第一控制器用于接收风向风速数据并进行比较操作，生成风向偏差数据；第一驱动电机与叶片8驱动连接，第一驱动电机用于根据接收到的风向偏差数据驱动叶片8转动。
需要说明的是，风速风向检测机构与第一控制器电连接，通过风速风向检测机构获取风向风速数据，并将风向风速数据传输至第一控制器中进行比较操作，从而生成风向偏差数据，第一控制器连接有第一驱动电机，第一控制器驱动叶片8进行转动对风，从而最大程度获取风能。
值得一提的是，风速风向检测机构与第一控制器电连接，通过风速风向检测机构获取风向风速数据并将风向风速数据传输至第一控制器中进行比较操作后，根据生成的风向偏差数据给驱动电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，带动叶片8偏航对风，当对风完成后，第一驱动电机停止工作，偏航过程结束。
值得一提的是，风速风向检测机构为风速风向仪，风速风向仪风速测量部分采用了微机技术，可以同时测量瞬时风速、瞬时风级平均风速、平均风级和对应浪高等参数。带有数据锁存功能，便于读数。风向部分采用了自动指北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作。风速风向检测机构也可采用风速传感器和风向传感器组成，其中，风速传感器的感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号；风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中的转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出。传感器的变换器可采用精密导电塑料电位器，从而在电位器活动端产生变化的电压信号输出。第一控制器可为组合逻辑控制器、CPU控制器、LED控制器、微程序控制器，具有数据处理功能；比较操作指的是将获取到的风速数据和风向角数据与预设的最大允许运行风速和最大允许风向夹角进行比较，其中，风向角数据指的是风力发电机组1最佳风向角与实际风向角之间的夹角，最终生成风向偏差数据。若风向偏差数据为风速超过最大允许运行风速，风力发电机组1偏航刹车，停止运行，若风向偏差数据为风速小于最大允许运行风速且风力发电机组1最佳风向角与实际风向角之间的夹角大于最大允许夹角，风力发电机组1偏航系统启动，第一控制器驱动叶片8进行转动对风，偏航对风，最大程度捕获风能。其中，第一控制器控制第一驱动电机工作，第一驱动电机的输出轴驱动轮毂6转动，带动安装在轮毂6上的叶片8转动，从而实现对风。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的漂浮式平台2结构示意图。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，漂浮式平台2包括平台主框架、内切副框架和旋转支撑件3；平台主框架包括多个立柱9和多条连接杆10；多个立柱9呈正多边形布置，每相邻的两个立柱9之间通过多条连接杆10连接；内切副框架为圆形镂空结构，内切副框架包括两个圆形固定架11和圆形导轨12；两个圆形固定架11均与处于同一水平面的连接杆10相切，两个圆形固定架11平行间隔设置；圆形固定架11安装有圆形导轨12；两个圆形固定架11内均设置有固定杆13；两个固定杆13之间设置有用于驱动旋转支撑件3在圆形导轨12上周向运动的主轴17；风力发电机组1与固定杆13固定连接。
需要说明的是，漂浮式平台2包括平台主框架、内切副框架和旋转支撑件3,平台主框架包括多个立柱9和多条连接杆10,多个立柱9呈正多边形布置,其中，正多边形可以是正三角形、正方形、正五边形等等、每相邻的两个立柱9之间通过多条连接杆10连接，内切副框架为圆形镂空结构，内切副框架包括两个圆形固定架11和圆形导轨12，内切副框架内切平台主框架，圆形固定架11与处于同一水平面的连接杆10相切，两个圆形固定架11平行间隔设置，且两个圆形固定架11同轴设置，两个圆形固定架11上安装有圆形导轨12，处于上部的圆形固定架11在自身底部安装有圆形导轨12，处于下部的圆形固定架11在自身顶部安装有圆形导轨12，两个圆形固定架11内均设置有固定杆13，固定杆13的形状根据平台主框架的形状而定，例如，平台主框架为五边形，那么，固定杆13由五条支杆组成，将圆形固定架11的内侧划分为五个等分扇形，值得一提的是，五条支杆的一端相互相连，五条支杆的另一端连接圆形固定架11内侧，其圆形固定架11外侧边缘连接于平台主框架内连接杆10的中部位置。上下两个固定杆13之间安装有用于驱动旋转支撑件3在圆形导轨12上周向运动的主轴17，其处于上部的固定杆13的上端面与风力发电机组1内的塔架5底部固定连接。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，平台主框架为正三角形镂空结构，平台主框架包括三个立柱9和六条连接杆10；三个立柱9呈正三角形布置，每相邻的两个立柱9之间通过两条连接杆10连接，两条连接杆10平行间隔设置。
需要说明的是，在本发明中，平台主框架优选为正三角形镂空结构，具有良好的透波性，正三角形具有较强的稳定性，三个立柱9呈正三角形布置，每相邻的两个立柱9之间通过两条连接杆10连接，两条连接杆10平行间隔设置，与平台主框架内切的内切副框架包括两个圆形固定架11和圆形导轨12，两个圆形固定架11均安装有圆形导轨12，圆形固定架11为圆形镂空结构，圆形固定架11内设置有连杆，由于平台主框架优选为正三角形镂空结构，固定杆13由三条支杆组成，三条支杆将圆形固定架11内侧划分为三个等分扇形，值得一提的是，三条支杆的一端相互相连，三条支杆的另一端连接圆形固定架11内侧，其圆形固定架11外侧边缘连接于平台主框架内连接杆10的中部位置，上下两个固定杆13之间安装有用于驱动旋转支撑件3在圆形导轨12上周向运动的主轴17，其处于上部的固定杆13的上端面与风力发电机组1内的塔架5底部固定连接。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，立柱9内设置有压载舱和控制舱；压载舱与控制舱分层设置于立柱9内部；压载舱置于立柱9的内部下层，压载舱用于调整漂浮式平台2的重心；控制舱置于立柱9的内部上层，控制舱用于放置控制设备。
需要说明的是，每个立柱9内设置有压载舱和控制舱；压载舱与控制舱分层设置于立柱9内部；压载舱置于立柱9的内部下层，压载舱用于调整漂浮式平台2的重心，值得一提的是，立柱9和压载舱设置有对应的进水口，通过进水口向压载舱内部灌入海水，使得立柱9在海水中漂浮更加的稳定，其压载舱用于调整波浪能-风能联合发电装置的中心位置，提高浮态和稳定性；控制舱置于立柱9的内部上层，控制舱用于放置控制设备，也是进行监控、测试等工作的场所。
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的旋转支撑件3结构示意图。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，旋转支撑件3包括波浪传感器、移动轴15、支撑板筋16、主轴17和自动锁紧装置18；支撑板筋16的一侧设置主轴17，主轴17的上下两端分别与内切副框架内的上下两个固定杆13转动连接；支撑板筋16的另一侧设置有移动轴15，移动轴15用于与圆形导轨12活动连接；移动轴15的一侧安装有波浪传感器，波浪传感器用于获取波高浪向数据；移动轴15上安装有自动锁紧装置18，自动锁紧装置18用于对支撑板筋16进行锁止定位；支撑板筋16上安装有多个波浪能机构4；支撑板筋16内设置有转向控制系统，转向控制系统用于获取波向偏差数据并控制漂浮式平台2的迎波角度。
需要说明的是，支撑板筋16的一侧设置主轴17，主轴17的上下两端分别与内切副框架内的上下两个固定杆13转动连接，支撑板筋16远离主轴17的另一侧设置有移动轴15，移动轴15穿设支撑板筋16的一侧，移动轴15上下两端分别与圆形固定架11内的圆形滑轨活动连接，移动轴15用于在波浪能机构4调整迎波角度时沿漂浮式平台2圆形导轨12运动，支撑板筋16用于固定、支撑波浪能机构4，内含转向控制系统，主轴17旋转，驱动旋转支撑件3，调整波浪能机构4迎波角度，移动轴15上安装有自动锁紧装置18，自动锁紧装置18用于固定支撑板筋16，锁止定位。支撑板筋16上安装有多个波浪能机构4，数量具体根据需求而定。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，转向控制系统包括第二控制器和第二驱动电机；波浪传感器与第二控制器连接；第二控制器与第二驱动电机电连接，第二控制器用于获取波高浪向数据并进行比较操作，生成波向偏差数据；第二驱动电机与主轴17驱动连接；第二驱动电机用于根据接收到的波向偏差数据驱动主轴17转动。
需要说明的是，转向控制系统包括第二控制器和第二驱动电机；波浪传感器与第二控制器连接，第二控制器与第二驱动电机电连接，第二控制器用于获取波高浪向数据并进行比较操作，生成波向偏差数据，第二驱动电机与主轴17驱动连接；第二驱动电机用于根据接收到的波向偏差数据驱动主轴17转动。
值得一提的是，第二控制器可为组合逻辑控制器、CPU控制器、LED控制器、微程序控制器，具有数据处理功能，
请参阅图5-8，图5为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构4结构示意图。
请参阅图6，图6为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构4随波浪来向的第一调整方向示意图。
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构4随波浪来向的第二调整方向示意图。
请参阅图8，图8为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的波浪能机构4随波浪来向的第三调整方向示意图。
本发明提供的一种波浪能-风能联合发电装置，波浪能机构4包括第一铰接板19、第二铰接板20、两个液压缸21、两个液压杆22、两个第一连杆23、两个第二连杆24、两个第三连杆25和吸波浮体26；第一铰接板19的一侧与支撑板筋16固定连接；第一铰接板19的另一侧铰接有两个液压缸21，两个液压缸21平行间隔设置；两个液压缸21远离第一铰接板19的另一端均与液压杆22的一端差动连接，液压缸21与液压杆22配合使用；两个液压杆22的另一端均与第一连杆23的杆身一侧接近中部位置铰接；两个第一连杆23的一端均与第二铰接板20的一侧铰接，两个第一连杆23平行间隔设置；第二铰接板20的另一侧与支撑板筋16固定连接；两个第一连杆23的另一端与吸波浮体26铰接；两个第二连杆24的一端均与第一连杆23的杆身另一侧接近中部位置铰接；两个第二连杆24的另一端均通过弹簧与第三连杆25的一端连接，两个第二连杆24平行间隔设置；两个第三连杆25的另一端与吸波浮体26连接，两个第三连杆25平行间隔设置。
需要说明的是，第一铰接板19与第二铰接板20上下平行间隔设置，第一铰接板19与第二铰接板20均固定于旋转内支撑件上，以焊接的形式固定，两个液压缸21、两个液压杆22、两个第一连杆23、两个第二连杆24、两个第三连杆25均为平行间隔设置，第一铰接板19的一侧与支撑板筋16固定连接；第一铰接板19的另一侧铰接有两个液压缸21，两个液压缸21平行间隔设置；两个液压缸21远离第一铰接板19的另一端均与液压杆22的一端差动连接，液压缸21与液压杆22配合使用，液压杆22另一端与2.液压缸21配合形成摩擦副；两个液压杆22的另一端均与第一连杆23的杆身一侧接近中部位置铰接；两个第一连杆23的一端均与第二铰接板20的一侧铰接，两个第一连杆23平行间隔设置；第二铰接板20的另一侧与支撑板筋16固定连接；两个第一连杆23的另一端与吸波浮体26铰接；两个第二连杆24的一端均与第一连杆23的杆身另一侧接近中部位置铰接；两个第二连杆24的另一端均通过弹簧与第三连杆25的一端连接，两个第二连杆24平行间隔设置；两个第三连杆25的另一端与吸波浮体26连接，值得一提的是，两个第三连杆25的另一端与吸波浮体26可为铰接，也可以为固定连接，两个第三连杆25平行间隔设置。在波浪载荷作用下，吸波浮体26向上运动，带动液压杆22压缩液压缸21内液压油以及弹簧，将波浪能转变为液压能以及弹簧机械能，当吸波浮体26向上运动到一定程度时，波浪载荷不足以继续对吸波浮体26做功，弹簧推动吸波浮体26恢复至初始位置，开启下一个波浪能俘获-变换周期。
在具体的实现中，在波浪载荷作用下，吸波浮体26向上运动，带动安装在第一连杆23上的液压杆22压缩液压缸21内液压油，将波浪能转化为液压能，同时，通过带动安装在第一连杆23上的第三连杆25与第二连杆24压缩弹簧，将波浪能转换为机械能。
一种波浪能-风能联合发电装置的工作过程：
当风速、波浪波高均在工作范围内，以在风力发电机组1叶片8正面迎风、波浪能机构4正面迎波为初始状态，最大程度俘获风能和波浪能，实现风能资源和波浪能资源到电能的高效转换；当风速矢量的方向变化时，风力发电机组1上的偏航系统调整风轮方向使其快速平稳地对准风向，实现风能的最大俘获；当来波方向变化超过一定角度θ时(该角度可设置)，控制转向系统通过调整支撑件迎波面与来波之间的角度，使吸波浮体26对准来波，实现波浪能的高效俘获；波浪具有随机性，来波方向频繁变化，为避免因波浪能机构4频繁调整方向导致结构疲劳寿命降低或是调整方向获得的收益不及投入，须综合考虑波浪能机构4结构可靠性、收益等因素，建议θ设置为30°，此时来波能量为正面迎波时的75％；控制系统可使风力发电机组1和波浪能机构4方位相对独立并独立调整，实现风力发电机组1、波浪能机构4与风浪资源随动，实现风能资源、波浪能资源的高效俘获。
当风速或波浪波高超出工作范围，风力发电机组1、波浪能机构4相应切除工作。当破坏性台风来袭时，风速超出风力发电机组1工作范围，控制系统作用下风机叶片8停止转动，偏航后锁止正面面对台风，叶片8变桨，最大程度减小受风面积以降低受力；极端海况波浪波高超出波浪能机构4工作范围，控制系统作用下波浪能机构4折叠至紧靠旋转支撑件3，并将靠旋转支撑件3调整至与来波方向平行，锁止固定，最大程度减小迎波面积以降低波浪载荷；通过调整风力发电机组1、波浪能机构4空间方位，最大程度减小迎风、迎波面积，降低风-浪载荷，提高装置安全可靠性。
请参阅图6-8，当极端海况下装置稳性不足时(平台最大允许倾角一般为15°)，通过调整波浪能装置位置改变结构重心，以增加回复力矩，进而提高装置的稳定性。
请参阅图9-12，图9为本发明实施例提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法的步骤流程图。
图10为本发明实施例提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法的控制流程图。
图11为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置调整控制后产生的功率增量示意图。
图12为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的重心调整变化示意图。
本发明提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法，波浪能-风能联合发电装置包括漂浮式平台2、风力发电机组1和波浪能机构4，方法包括：
101、响应于检测到的漂浮式平台2的平台倾角数据，并将平台倾角数据与预设标准倾角数据进行比较；
102、当平台倾角数据小于预设标准倾角数据时，通过调整风力发电机组1的朝向位置获取风能；
103、通过调整波浪能机构4的迎波角度获取波浪能。
在本发明实施例中，响应于检测到的漂浮式平台2的平台倾角数据，并将平台倾角数据与预设标准倾角数据进行比较；当平台倾角数据小于预设标准倾角数据时，通过调整风力发电机组1的朝向位置获取风能；通过调整波浪能机构4的迎波角度获取波浪能。
请参阅图10，图10为本发明实施例提供的一种应用于波浪能-风能联合发电装置的控制方法的控制流程图。
在装置的倾角超过船级社规定的最大允许倾角情况下，风力发电机组1和波浪能机构4停运。在装置的倾角小于船级社规定的最大允许倾角情况时，分别测量风速、风向等风参数以及波浪、浪向等浪参数。当风速超过最大允许运行风速时，风力发电机组1偏航刹车，停止运行；当风速小于最大允许运行风速且风机最佳风向角与实际风向角之间的夹角大于最大允许夹角时，风机偏航系统启动，偏航对风，最大程度捕获风能。当波高超过最大允许运行最大波高时，波浪能机构4锁止，停止运行；当波高小于最大波高且波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角小于实际来波方向之间的最大允许夹角时，旋转支撑件3启动，旋转对浪，最大程度捕获波浪能。图7中，Ψ为倾角，Ψ0为船级社规定的最大允许倾角，一般取15°，Ψmin为波浪能机构4旋转360°过程中的平台最小倾角；α为安全裕度系数，一般取0.9～0.95；υ为风速，υ0为风力发电机组1最大允许运行风速；ω为风向角，δω为风机最佳角与实际风向角之间的夹角，δω0为风机最佳角与实际风向角之间的最大允许夹角；Hs为波高，Hs0为波浪能机构4最大允许运行最大波高；θ为浪向，δθ为波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角，δθ0为实际来波方向之间的最大允许夹角。
在具体实现中，通过倾角检测机构检测到装置的平台倾角数据，当平台倾角数据大于或等于预设标准倾角数据时，则风力发电机组1偏航刹车，停止运行；当平台倾角数据小于预设标准倾角数据时，则获取风速、风向等风参数，将获取到的目标风速与最大允许运行风速进行比较，若目标风速大于最大允许运行风速，则风力发电机组1偏航刹车，停止运行，若目标风速小于或等于最大允许运行风速，则获取风机最佳角与实际风向角之间的夹角(相当于目标风向角)，当风机最佳角与实际风向角之间的夹角大于最大允许夹角，则通过启动风力发电机组1内的机舱7控制安装在轮毂6上的叶片8实现对风。
当平台倾角数据大于或等于预设标准倾角数据时，则将波浪能机构4旋转360°，记录平台最小倾角，并调整至该位置，计算安全裕度系数与预设标准倾角数据之间的目标乘值，并将平台最小倾角与目标乘值进行比较，若平台最小倾角大于或等于目标乘值，则波浪能机构4停运；若平台最小倾角小于目标乘值，则跳转获取波浪、浪向等浪参数的步骤；当平台倾角数据小于预设标准倾角数据时，则获取波浪、浪向等浪参数，比较波高与最大允许运行最大波高，若波高大于或等于最大允许运行最大波高，则比较波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角与实际来波方向之间的最大允许夹角；若波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角大于或等于实际来波方向之间的最大允许夹角，则通过旋转支撑件3带动波浪能机构4旋转对浪，直至波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角小于实际来波方向之间的最大允许夹角；若波浪能机构4最佳角与实际来波方向之间的夹角小于实际来波方向之间的最大允许夹角，则通过自动锁紧装置18进行锁止，停止旋转。
请参阅图11，图11为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置调整控制后产生的功率增量示意图。
波浪能-风能联合发电装置对不同的风浪资源具有良好自适应性，实现风能和波浪能的高效俘获。
请参阅图12，图12为本发明实施例提供的一种波浪能-风能联合发电装置的重心调整变化示意图。
波浪能-风能联合发电装置可在极端工况下通过调整波浪能吸波浮体26的位置调整波浪能-风能联合发电装置重心，进而提高装置的稳定性，波浪能-风能联合发电装置重心调整变化曲线如表1和图12所示。
表1
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，包括漂浮式平台、风力发电机组和波浪能机构；
所述漂浮式平台安装有倾角检测机构，所述倾角检测机构用于获取所述漂浮式平台的平台倾角数据并与预设标准倾角数据进行比较，生成比较结果；
所述风力发电机组安装于所述漂浮式平台上端，所述风力发电机组用于响应于接收到的所述比较结果，并调整朝向位置获取风能；
所述波浪能机构与所述漂浮式平台活动连接，所述波浪能机构用于响应于接收到的所述比较结果，并调整迎波角度获取波浪能。
2.根据权利要求1所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述风力发电机组包括塔架、轮毂、机舱和叶片；
所述塔架的底部与所述漂浮式平台固定连接；
所述塔架的顶部安装有所述机舱；
所述叶片通过所述轮毂与所述机舱连接；
所述机舱内安装有偏航系统，所述偏航系统用于获取风向偏差数据并控制所述叶片的朝向位置。
3.根据权利要求2所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述偏航系统包括第一驱动电机、风速风向检测机构和第一控制器；
所述风速风向检测机构与所述第一控制器电连接，所述风速风向检测机构用于获取风向风速数据；
所述第一控制器连接有所述第一驱动电机；所述第一控制器用于接收所述风向风速数据并进行比较操作，生成所述风向偏差数据；
所述第一驱动电机与所述叶片驱动连接，所述第一驱动电机用于根据接收到的所述风向偏差数据驱动所述叶片转动。
4.根据权利要求1所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述漂浮式平台包括平台主框架、内切副框架和旋转支撑件；
所述平台主框架包括多个立柱和多条连接杆；
多个所述立柱呈正多边形布置，每相邻的两个所述立柱之间通过多条所述连接杆连接；
所述内切副框架为圆形镂空结构，所述内切副框架包括两个圆形固定架和圆形导轨；
两个所述圆形固定架均与处于同一水平面的所述连接杆相切，两个所述圆形固定架平行间隔设置；
所述圆形固定架安装有所述圆形导轨；
两个所述圆形固定架内均设置有固定杆；
两个所述固定杆之间设置有用于驱动所述旋转支撑件在所述圆形导轨上周向运动的主轴；
所述风力发电机组与所述固定杆固定连接。
5.根据权利要求4所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述平台主框架为正三角形镂空结构，所述平台主框架包括三个立柱和六条连接杆；
三个所述立柱呈正三角形布置，每相邻的两个所述立柱之间通过两条所述连接杆连接，两条所述连接杆平行间隔设置。
6.根据权利要求4或5所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述立柱内设置有压载舱和控制舱；
所述压载舱与所述控制舱分层设置于所述立柱内部；
所述压载舱置于所述立柱的内部下层，所述压载舱用于调整所述漂浮式平台的重心；
所述控制舱置于所述立柱的内部上层，所述控制舱用于放置控制设备。
7.根据权利要求4所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述旋转支撑件包括波浪传感器、移动轴、支撑板筋、所述主轴和自动锁紧装置；
所述支撑板筋的一侧设置所述主轴，所述主轴的上下两端分别与所述内切副框架内的上下两个所述固定杆转动连接；
所述支撑板筋的另一侧设置有所述移动轴，所述移动轴用于与所述圆形导轨活动连接；
所述移动轴的一侧安装有波浪传感器，所述波浪传感器用于获取波高浪向数据；
所述移动轴上安装有所述自动锁紧装置，所述自动锁紧装置用于对所述支撑板筋进行锁止定位；
所述支撑板筋上安装有多个所述波浪能机构；
所述支撑板筋内设置有转向控制系统，所述转向控制系统用于获取波向偏差数据并控制所述漂浮式平台的迎波角度。
8.根据权利要求7所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述转向控制系统包括第二控制器和第二驱动电机；
所述波浪传感器与所述第二控制器连接；
所述第二控制器与所述第二驱动电机电连接，所述第二控制器用于获取所述波高浪向数据并进行比较操作，生成所述波向偏差数据；
所述第二驱动电机与所述主轴驱动连接；所述第二驱动电机用于根据接收到的所述波向偏差数据驱动所述主轴转动。
9.根据权利要求7所述的波浪能-风能联合发电装置，其特征在于，所述波浪能机构包括第一铰接板、第二铰接板、两个液压缸、两个液压杆、两个第一连杆、两个第二连杆、两个第三连杆和吸波浮体；
所述第一铰接板的一侧与所述支撑板筋固定连接；
所述第一铰接板的另一侧铰接有两个所述液压缸，两个所述液压缸平行间隔设置；
两个所述液压缸远离所述第一铰接板的另一端均与所述液压杆的一端差动连接，所述液压缸与所述液压杆配合使用；
两个所述液压杆的另一端均与所述第一连杆的杆身一侧接近中部位置铰接；
两个所述第一连杆的一端均与所述第二铰接板的一侧铰接，两个所述第一连杆平行间隔设置；
所述第二铰接板的另一侧与所述支撑板筋固定连接；
两个所述第一连杆的另一端与所述吸波浮体铰接；
两个所述第二连杆的一端均与所述第一连杆的杆身另一侧接近中部位置铰接；
两个所述第二连杆的另一端均通过弹簧与所述第三连杆的一端连接，两个所述第二连杆平行间隔设置；
两个所述第三连杆的另一端与吸波浮体连接，两个所述第三连杆平行间隔设置。
10.一种应用于权利要求1-9任一项所述的波浪能-风能联合发电装置的控制方法，其特征在于，所述波浪能-风能联合发电装置包括漂浮式平台、风力发电机组和波浪能机构，所述方法包括：
响应于检测到的所述漂浮式平台的平台倾角数据，并将所述平台倾角数据与预设标准倾角数据进行比较；
当所述平台倾角数据小于所述预设标准倾角数据时，通过调整所述风力发电机组的朝向位置获取风能；
通过调整所述波浪能机构的迎波角度获取波浪能。
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