本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其是一種波浪能發(fā)電裝置及其相位控制方法。

背景技術(shù)：

海洋波能量是可再生能源研究的一個新興領(lǐng)域。海洋能量以各種形式存在于海洋中，而海浪是最大的也是最廣泛的海洋資源之一。與風(fēng)能相比，海浪能量具有更高的功率密度。然而，波浪能技術(shù)仍處于發(fā)展的早期階段，不如其他成熟的可再生能源，如太陽能和風(fēng)能。

目前，現(xiàn)有的波浪能發(fā)電裝置整體上可以歸類為振蕩水柱式、溢流式以及震蕩浮子式等。此類裝置一般利用波浪的垂向運動，俯仰運動以及沖擊運動等發(fā)電，并主要采用機械能/液壓能到電能或者直驅(qū)電機的形式實現(xiàn)發(fā)電。但是，現(xiàn)有的液壓發(fā)電裝置的效率偏低，直線電機成本昂貴，且所產(chǎn)生的電能質(zhì)量較差。現(xiàn)有的波浪發(fā)電裝置也采用齒輪齒條形式實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，但是，齒輪齒條的齒隙誤差通常較大，容易導(dǎo)致所發(fā)電質(zhì)量的降低。

同時，現(xiàn)有的波浪發(fā)電的控制方法整體上可以分為被動控制與復(fù)雜共軛控制兩類。被動控制方法主要控制浮體的位移；復(fù)雜共軛控制則是不僅控制浮體的位移，且控制其相位。相比于被動控制而言，復(fù)雜共軛控制是一種最佳的控制方法，但是很難在實際的發(fā)電控制過程中實現(xiàn)，很難做到實時運行，且成本高昂，難以有效地達(dá)到預(yù)期的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易于規(guī)?；a(chǎn)、傳動效率較低的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、易于規(guī)?；a(chǎn)、傳動效率較高的曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置及其相位控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置，包括離岸平臺、箱體和曲柄滑塊機構(gòu)，所述曲柄滑塊機構(gòu)與箱體安裝在離岸平臺上，所述曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄軸上一端裝有飛輪，所述曲柄軸的另一端連接交流發(fā)電機，所述曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊與所述離岸平臺間安裝有導(dǎo)軌，所述滑塊的底端固定置于海面上的浮體。

一種曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置的相位控制方法，所述相位控制方法通過控制浮標(biāo)運動的相位來使發(fā)電機與波浪激勵力共振，預(yù)測波浪激勵力以保持海浪與發(fā)電機間的諧振，通過檢測并記錄波浪激勵力頻率的零交點，當(dāng)檢測到零交點時采用針對下一半周期預(yù)測的周期值，然后通過線性插值產(chǎn)生角度值參考：

其中，θold是電機在最后一個周期結(jié)束時的角度值，t是波預(yù)測的半周期，t是過零點后經(jīng)過的時間；

同時檢測發(fā)電機的軸角度并將其與參考值進(jìn)行比較，再用基于規(guī)則的角度控制算法確定電機驅(qū)動系統(tǒng)的參考速度，其規(guī)則如下：

其中，ωref是參考速度，gr是滑塊與電機間的齒數(shù)比，是預(yù)測的下一半周期間電機平均角速度，θ是電機實際角度，δ是增量常數(shù)，ωmax和ωmin分別是參考速度的最大值和最小值。

進(jìn)一步，所述參考速度再通過一階無限脈沖響應(yīng)的低通濾波器。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1、利用了曲柄滑塊裝置的線性運動到旋轉(zhuǎn)運動的機械轉(zhuǎn)換，具有固定的旋轉(zhuǎn)幅度，無需采用相應(yīng)的鎖定控制方法，即可實現(xiàn)波浪能捕獲，并能在極端波浪狀況下，限制最大的輸出功率。

2、采用所提出的基于規(guī)則的相位控制方法，僅需控制浮標(biāo)運動的相位，通過檢測波浪的周期，實時預(yù)測發(fā)電機的速度。同時，該方法是非參數(shù)性質(zhì)的，無需經(jīng)常調(diào)整曲柄滑塊的機械參數(shù)。

3、該裝置中的曲柄滑塊海浪能量轉(zhuǎn)換器解決了線性海浪能量轉(zhuǎn)換器的大規(guī)模部署時存在的間隙和線性引導(dǎo)問題。

4、該發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)簡潔，緊湊，易于規(guī)?；a(chǎn)，有較高的傳動效率。

附圖說明

圖1為曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置的相位控制方法的流程圖。

其中，1.交流發(fā)電機，2.曲柄，3.飛輪，4.箱體，5.離岸平臺，6.滑塊，7.浮體，8.導(dǎo)軌，9.波浪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1和圖2，一種曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置，包括離岸平臺、箱體、曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄滑塊機構(gòu)與箱體安裝在離岸平臺上，曲柄軸上一端裝有飛輪，另一端連接交流發(fā)電機，滑塊與平臺間安裝有導(dǎo)軌，滑塊底端固定一浮體，浮體置于海面上。通常，浮體的位移設(shè)計成為曲柄半徑的兩倍。鑒于波浪周期通常主要介于6到10秒之間，如果發(fā)電機轉(zhuǎn)速與波浪運動速度相等，則電能輸出將大幅度降低。發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速可以設(shè)計為1100轉(zhuǎn)/分，以產(chǎn)生較多的能量，而當(dāng)波浪頻率較低時，為使得發(fā)電機工作在額定轉(zhuǎn)速附近，可以在發(fā)電機之前安裝一個齒輪箱。

一種曲柄滑塊式波浪能發(fā)電裝置的相位控制方法，控制浮標(biāo)運動的相位來使發(fā)電機與波浪激勵力共振，預(yù)測波浪激勵力以保持海浪與發(fā)電機間的諧振，通過檢測并記錄波浪激勵力頻率的零交點，當(dāng)檢測到零交點時采用針對下一半周期預(yù)測的周期值，然后通過線性插值產(chǎn)生角度值參考：

其中θold是電機在最后一個周期結(jié)束時的角度值，t是波預(yù)測的半周期，t是過零點后經(jīng)過的時間。

同時檢測發(fā)電機的軸角度并將其與參考值進(jìn)行比較，隨之用基于規(guī)則的角度控制算法確定電機驅(qū)動系統(tǒng)的參考速度。其規(guī)則如下：

其中ωref是參考速度，gr是滑塊與電機間的齒數(shù)比，是預(yù)測的下一半周期間電機平均角速度，θ是電機實際角度，δ是增量常數(shù)，ωmax和ωmin分別是參考速度的最大值和最小值。參考速度再通過一階無限脈沖響應(yīng)的低通濾波器，以提高抗干擾能力。參考速度保證了浮標(biāo)的速度與激勵力同步和電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

本實施例中，浮體7在波浪9的推動下隨著波浪9上下直線運動，驅(qū)動滑塊6上下移動，通過曲柄滑塊機構(gòu)把滑塊6的直線運動轉(zhuǎn)換為曲柄2的旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動交流發(fā)電機1的旋轉(zhuǎn)，交流發(fā)電機1產(chǎn)生電能輸出。同時安裝在曲柄2軸上的飛輪3可存儲旋轉(zhuǎn)的動能，實現(xiàn)削峰填谷的作用，穩(wěn)定交流發(fā)電機1的轉(zhuǎn)速來提高輸出電能的質(zhì)量。

發(fā)電裝置基于規(guī)則的相位控制方法，如圖2，僅需控制浮標(biāo)運動的相位來使發(fā)電機與波浪激勵力共振。算法需要預(yù)測波浪激勵力以保持海浪與發(fā)電機間的諧振，通過檢測并記錄波浪激勵力頻率的零交點，當(dāng)檢測到零交點時采用針對下一半周期預(yù)測的周期值，然后通過線性插值產(chǎn)生角度值參考。同時檢測發(fā)電機的軸角度并將其與參考值進(jìn)行比較，隨之用基于規(guī)則的角度控制方法確定電機驅(qū)動系統(tǒng)的參考速度。參考速度再通過一階無限脈沖響應(yīng)的低通濾波器，以提高抗干擾能力。參考速度保證了浮標(biāo)的速度與波浪激勵力同步和電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。