一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)；及變槳功率控制系統(tǒng)，用于接收所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并計(jì)算輸出變槳角度信號(hào)，進(jìn)而調(diào)整發(fā)電機(jī)功率；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)分別與變槳功率控制系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)穩(wěn)定有效、響應(yīng)快速，可使海流能發(fā)電機(jī)組在水流流速變化時(shí)保持恒定的發(fā)電機(jī)功率，有效利用海流能能量，滿足機(jī)組控制性能和發(fā)電質(zhì)量的要求。
【專利說(shuō)明】 一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海流能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)沿海地區(qū)的海流常年規(guī)律的流動(dòng)，蘊(yùn)含豐富的海流能資源。通過(guò)提取海水流動(dòng)形成的能量，利用海流能發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，成為新能源開發(fā)利用的一個(gè)新方向，能夠創(chuàng)造可觀的發(fā)電量，解決了我國(guó)沿海地區(qū)的用電問(wèn)題。海流能發(fā)電機(jī)組一般安裝在海水十多米深處，主要由兩或三個(gè)葉片連接在輪轂處，輪轂后通過(guò)低速軸連接齒輪箱和發(fā)電機(jī)。當(dāng)海水流動(dòng)經(jīng)過(guò)葉片的時(shí)候帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
[0003]海流能發(fā)電機(jī)組在工作運(yùn)行的時(shí)候，將海水動(dòng)能通過(guò)海流能發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，這需要有穩(wěn)定的發(fā)電功率輸出，以滿足用戶的用電需求。由于海水在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受海風(fēng)、氣壓、地轉(zhuǎn)偏向力、海水密度以及溫度等因素的共同作用，海流能發(fā)電機(jī)組葉片處的海流速度變化較大，這使得海流能發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行額定功率發(fā)電時(shí)的輸出功率波動(dòng)較大，容易引起機(jī)組設(shè)備故障，影響機(jī)組的發(fā)電質(zhì)量和海流能能量的利用。所以設(shè)計(jì)合理有效的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，對(duì)有效利用海流能能量，提高海流能發(fā)電機(jī)組的發(fā)電性能和機(jī)組發(fā)電質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種穩(wěn)定有效、響應(yīng)快速的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，使得海流能發(fā)電機(jī)組在水流流速變化時(shí)保持恒定的發(fā)電機(jī)功率，滿足機(jī)組控制性能和發(fā)電質(zhì)量的要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，包括:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)；及變槳功率控制系統(tǒng)，用于接收所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并計(jì)算輸出變槳角度信號(hào)，進(jìn)而調(diào)整發(fā)電機(jī)功率；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)分別與變槳功率控制系統(tǒng)連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)包括光電編碼器，安裝在所述海流能發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)上，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
[0008]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速濾波器，與所述光電編碼器連接，用于對(duì)采集到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0009]進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)包括變流器，所述變流器包括整流逆變電路，所述整流逆變電路與海流能發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子電路和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電路相連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)矩濾波器，與所述變流器連接，用于對(duì)采集到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行濾波。[0011]進(jìn)一步地，所述變槳功率控制系統(tǒng)包括依次連接的功率計(jì)算模塊和PID控制器，所述功率計(jì)算模塊接收所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，計(jì)算出發(fā)電機(jī)功率的實(shí)際值并輸入到PID控制器；所述PID控制器進(jìn)一步計(jì)算輸出變槳角度信號(hào)。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，海流能發(fā)電機(jī)組根據(jù)發(fā)電功率來(lái)控制葉片的變槳角度，通過(guò)調(diào)整變槳角度來(lái)克服水流變化引起的功率波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了海流能發(fā)電機(jī)組恒功率運(yùn)行，克服了水流速度變化引起的海流能發(fā)電機(jī)功率波動(dòng)較大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了海流能發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)提高海流能發(fā)電機(jī)組的控制性能和發(fā)電質(zhì)量有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0014]上述僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]圖1是本實(shí)用新型的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)和變槳功率控制系統(tǒng)。
[0017]其中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)米集系統(tǒng)由光電編碼器和轉(zhuǎn)速濾波器構(gòu)成，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)由變流器和轉(zhuǎn)矩濾波器構(gòu)成，變槳功率控制系統(tǒng)由功率計(jì)算模塊和PID控制器構(gòu)成。
[0018]光電編碼器的輸入端測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，光電編碼器和轉(zhuǎn)速濾波器依次順序連接；變流器的輸入端測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，變流器和轉(zhuǎn)矩濾波器依次順序連接；轉(zhuǎn)速濾波器輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩濾波器輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)一起輸入到功率計(jì)算模塊，計(jì)算結(jié)果輸出給PID控制器，PID控制器輸出變槳角度信號(hào)。
[0019]【具體實(shí)施方式】中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)首先通過(guò)海流能發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)上的光電編碼器，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值進(jìn)行測(cè)量和記錄。在發(fā)電機(jī)工作時(shí)，光電編碼器中的光柵盤與發(fā)電機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，光電編碼器中的光敏兀件輸出波形經(jīng)整形變?yōu)槊}沖信號(hào)，發(fā)電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈即輸出一個(gè)脈沖。光電編碼器中的光電探測(cè)裝置檢測(cè)計(jì)算脈沖信號(hào)從而得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值。由于光電編碼器測(cè)量出的轉(zhuǎn)速信號(hào)會(huì)受到測(cè)量噪聲的影響，為保證海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制的有效性，所以在光電編碼器之后連接轉(zhuǎn)速濾波器，進(jìn)行轉(zhuǎn)速三倍頻噪聲的濾波，消除信號(hào)毛刺噪聲，保證整個(gè)信號(hào)的穩(wěn)定性和有效性。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速濾波器進(jìn)行濾波之后，從轉(zhuǎn)速濾波器的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)線輸入到功率計(jì)算模塊。
[0020]發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)首先通過(guò)變流器對(duì)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測(cè)量。變流器主要包括整流逆變電路，整流逆變電路與海流能發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子電路和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電路相連接，可以對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子電路的磁鏈、電流、電壓等數(shù)值進(jìn)行測(cè)量和控制。運(yùn)用空間矢量方法，變流器通過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的磁鏈、電流以及電感等數(shù)值，得出發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為:

"Zi
[0021]r = ψ?—

人2[0022]其中ψ為定子磁鏈大小，L1為定轉(zhuǎn)子互感數(shù)值，L2S定子自感數(shù)值，η為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，i為轉(zhuǎn)子電流分量。由于發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)會(huì)受到測(cè)量噪聲的影響，所以在變流器的發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端之后連接轉(zhuǎn)矩濾波器，對(duì)采集到的轉(zhuǎn)距信號(hào)進(jìn)行高頻濾波，只通過(guò)低頻信號(hào)，去除高頻噪聲對(duì)信號(hào)的影響，得到穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)。發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)矩濾波器進(jìn)行濾波之后，從轉(zhuǎn)矩濾波器的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)線輸入到功率計(jì)算模塊。
[0023]變槳功率控制系統(tǒng)首先通過(guò)功率計(jì)算模塊記錄接收到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)，然后將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行相乘，得出發(fā)電機(jī)功率的實(shí)際值，將該數(shù)值輸入到PID控制器。PID控制器記錄接收到的發(fā)電機(jī)功率數(shù)值，然后與設(shè)定的發(fā)電機(jī)額定功率值進(jìn)行比較，在得出發(fā)電機(jī)功率的實(shí)際值與發(fā)電機(jī)額定功率的差值以后，將該差值傳遞給PID控制器，PID控制器輸出葉片變槳角度β為:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)； 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)； 及變槳功率控制系統(tǒng)，用于接收所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并計(jì)算輸出變槳角度信號(hào)，進(jìn)而調(diào)整發(fā)電機(jī)功率； 所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)分別與變槳功率控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)包括光電編碼器，安裝在所述海流能發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)上，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)采集系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速濾波器，與所述光電編碼器連接，用于對(duì)采集到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)包括變流器，所述變流器包括整流逆變電路，所述整流逆變電路與海流能發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子電路和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)矩濾波器，與所述變流器連接，用于對(duì)采集到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的海流能發(fā)電機(jī)組恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變槳功率控制系統(tǒng)包括依次連接的功率計(jì)算模塊和PID控制器，所述功率計(jì)算模塊接收所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，計(jì)算出發(fā)電機(jī)功率的實(shí)際值并輸入到PID控制器；所述PID控制器進(jìn)一步計(jì)算輸出變槳角度信號(hào)。
【文檔編號(hào)】F03B15/02GK203476600SQ201320552436
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】吳行健, 李強(qiáng), 劉昊 申請(qǐng)人:國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司