一種擺板式波浪能發電系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及可再生能源發電技術和海洋裝備領域，具體設及一種擺板式波浪能發 電系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界經濟不斷地高速發展，世界各國對能源的需求量急劇增長。當前的環境 污染越來越嚴重，人類的清潔能源的研究不斷深入。波浪能W其清潔無污染、能量潛在性巨 大為各國研究者們所親睞。但是，直到目前，波浪能發電的比重占世界各國的總發電量比重 還是特別低。波浪能發電普遍存在效率低、成本高等問題。眾所周知，波浪能捕獲裝置與擺 板的高度、大小有著緊密聯系；目前的波浪能發電裝置的機械機構固定，波浪隨著時間變化 會出現潮漲潮落現象，當擺板高度與潮水高度相差太大時，擺板式波浪能發電系統就捕獲 不了波浪能，但是即使捕獲了波浪能也存在效率低的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的就是【背景技術】所提出的問題，提供一種擺板式波浪能發電系統 及其控制方法。
[0004] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種擺板式波浪能發電系統，包括發 電艙、擺桿、擺板、立柱、彈黃、傳動桿、T型桿、控制電路；所述傳動桿包括傳動桿a、傳動桿 b、傳動桿C，傳動桿d，T型桿包括T型桿a、T型桿b;所述控制電路包括艙機、速度傳感器、 第一水位傳感器、第二水位傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、整流器、MCU、DC-DC變換器、驅 動模塊、第一電容、第二電容、負載； 陽0化]所述系統整體通過立柱安放在海底基礎上；立柱上方安裝發電艙，發電艙內安裝 永磁同步發電機和變速箱；擺桿的一端通過彈黃固定于發電艙側壁，擺桿的中部通過與T 型桿a的一端相連，T型桿a的另一端與發電艙底部連接； 陽006] 所述擺桿通過傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d與變速箱輸入連接，變速箱輸 出與永磁同步發電機連接，傳動桿a與傳動桿b的一端與獎的中間部位相連，傳動桿a與傳 動桿b的另一端與傳動桿C相連，傳動桿C的中部與T型桿b的一端相連，T型桿b的另一 端與發電艙底部連接，傳動桿C的另一端與傳動桿d的一端相連；
[0007] 所述整流器的=相輸入端與永磁同步發電機的=相輸出端連接，整流器的單相輸 出正端與第一電容的正極連接，整流器的單相輸出負端接地，第一電容負極接地；所述電壓 傳感器的待測電壓輸入端與第一電容正極連接，電壓傳感器待測電壓輸出端接地，電壓傳 感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述電流傳感器的待測電流輸入端與電壓傳感器正極 連接，電流傳感器的待測電流輸出端與DC-DC變換器的輸入端連接，電流傳感器的測量信 號輸出端與MCU連接；所述DC-DC變換器的脈寬調制信號輸入端與驅動模塊一端連接、驅 動模塊另外一端與MCU連接；DC-DC變換器的輸出端與第二電容正極連接；第二電容負極接 地；所述第一水位傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述第二水位傳感器的測量信號 輸出端與MCU連接；所述速度傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述艙機信號輸入端 與MCU連接；所述負載一端與第二電容正極連接，負載另外一端接地；
[0008]:所述第一水位傳感器和第二水位傳感器均采用LC-SW1 ;
[0009] 所述速度傳感器采用化s-ra;
[0010] 一種擺板式波浪能發電系統控制方法，其特征在于，所述方法具體包括步驟：
[0011] 步驟1:采集擺板式波浪能發電系統所在水域的波浪速度S。、波浪高度吊和擺板高 度印；
[0012] 步驟2 :根據由當前時刻的波浪速度和波浪高度產生的檢測信號和由擺板高度產 生的反饋信號判定啟動條件，當主控制器接收到檢測信號并且檢測信號滿足：
[0013] A)檢測信號的值在檢測信號設定區間內；
[0014] B)檢測信號的值在檢測信號設定區間內持續第一設定時長；同時主控制器接收 到反饋信號且反饋信號滿足；
[0015] C)反饋信號的值在反饋信號設定區間內；
[0016] D)反饋信號的值在反饋信號設定區間內持續第一設定時長；
[0017] 則判定滿足啟動條件，繼續執行步驟3;否則，判定不滿足啟動條件，返回步驟1;
[0018] 步驟3 :根據波浪高度和波浪速度和當前時刻的擺板高度計算速度生成控制艙機 轉動的指令；
[0019] 步驟4 :采用擾動觀察法，設定一定步長改變DC-DC變換器的升壓倍數，尋找最大 功率點；
[0020] 步驟5:當擾動觀察法求得的擾動前后的功率差值大于等于設定闊值Tf時，說明 波浪能量發生變化，重復步驟1至步驟4。
[0021] 所述根據波浪高度和波浪速度和當前時刻的擺板高度計算速度生成控制艙機轉 動的指令包括：
[0022] 步驟A:根據擺板的高度和當前時刻的波浪高度計算速度設定值；
[0023] 其中，速度設定值的計算公式為u(k)=Au(k)+u化-1) ;u(k)為第k次采樣時刻 的速度設定值；
[0024] AU化）為第k次采樣時刻的速度設定值增量且AU化）=KpiAe化)+kiie化）； 陽〇2引 Kpi為第一比例系數；
[0026]Kii為第一積分系數；
[0027]e(k)為當前時刻的波浪高度和第k次采樣時刻擺板高度的偏差值且e(k)= Aref+A似； 陽02引 Aw為當前時刻的波浪高度；
[0029]A似為第k次采樣時刻的擺板高度；
[0030]A e化）為當前時刻的波浪高度和第k次采樣時刻的擺板高度的偏差值的增量且 Ae&)=e(k)-e&-l);
[00川步驟B:根據速度設定值、艙機的速度和整定比例系數生成控制艙機轉動的指令；[0032] 其中，生成控制電機轉動的指令采用公式
陽03引 Vk為第k次采樣時刻的控制電機轉動的指令；
[0034] Kp2為第k次采樣時刻的整定比例系數；
[0035] K。為第二積分系數；
[0036]eeCi)為第k次采樣時刻的速度設定值和艙機的速度的偏差值且ee似= u〇〇-v(k);
[0037]U似為第k次采樣時刻的速度設定值；
[0038] v(k)為第k次采樣時刻的艙機的速度；
[0039] 步驟C:根據速度設定值和艙機速度計算整定比例系數； W40] 其中，整定比例系數的計算公式為叫似=Kp3eee(k); 閨]叫似為第k次采樣時刻的整定比例系數； 陽0創 Kp3為第二比例系數；
[0043]eee(k)為第k次采樣時刻角度控制死區值和速度設定值的偏差值且eee(k)= Sdeadzone-ee(k)；
[0044] Gdeadznne為角度控制死區值； W45]ee(k)為第k次采樣時刻的速度設定值和艙機速度的偏差值且ee似=u〇〇-v(k);
[0046] U(k)為第k次采樣時刻的速度設定值；
[0047]V似為第k次采樣時刻的艙機的速度。
[0048] 與現有技術相比，本發明所產生的有益效果是：提高了擺板高度控制的響應速度 和精度，進而有效提高擺板式波浪能發電系統效率。
【附圖說明】 W例圖1為本發明的控制電路圖；
[0050] 圖2為本發明的整體結構示意圖；
[0051] 圖3為本發明提供的一種擺板式波浪能發電系統控制方法的流程圖；
[0052] 圖中：1-第一水位傳感器、2-第二水位傳感器、3-速度傳感器、4-整流器、5-第一 電容、6-電壓傳感器、7-電流傳感器、8-第二電容、9-彈黃、10-擺板、11-立柱、12-傳動桿 a、13-傳動桿b、14-傳動桿C、15-傳動桿d、16-T型桿a、17-T型桿b、18-發電艙、19-波浪。
【具體實施方式】
[0053] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0054] 請參閱圖1和圖2,一種擺板式波浪能發電系統，包括發電艙、擺桿、擺板、立柱、彈 黃、傳動桿、T型桿、控制電路； 陽化日]所述傳動桿包括傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d，T型桿包括T型桿曰、T型桿b;所述控制電路包括艙機、速度傳感器、第一水位傳感器、第二水位傳感器、電壓傳感 器、電流傳感器、整流器、MCU、DC-DC變換器、驅動模塊、第一電容、第二電容、負載；
[0056] 所述擺桿通過傳動桿a、傳動桿b、傳動桿C，傳動桿d與變速箱輸入連接，變速箱輸 出與永磁同步發電機連接，傳動桿a與傳動桿b的一端與擺桿的中間部位相連，傳動桿a與 傳動桿b的另一端與傳動桿C相連，傳動桿C的中部與T型桿b的一端相連，T型桿b的另 一端與發電艙底部連接，傳動桿C的另一端與傳動桿d的一端相連；
[0057] 所述整流器的=相輸入端與永磁同步發電機的=相輸出端連接，整流器的單相輸 出正端與第一電容的正極連接，整流器的單相輸出負端接地，第一電容負極接地；所述電壓 傳感器的待測電壓輸入端與第一電容正極連接，電壓傳感器待測電壓輸出端接地，電壓傳 感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述電流傳感器的待測電流輸入端與電壓傳感器正極 連接，電流傳感器的待測電流輸出端與DC-DC變換器的輸入端連接，電流傳感器的測量信 號輸出端與MCU連接；所述DC-DC變換器的脈寬調制信號輸入端與驅動模塊一端連接、驅 動模塊另外一端與MCU連接；DC-DC變換器的輸出端與第二電容正極連接；第二電容負極接 地；所述第一水位傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述第二水位傳感器的測量信號 輸出端與MCU連接；所述速度傳感器的測量信號輸出端與MCU連接；所述艙機信號輸入端 與MCU連接；所述負載一端與第二電容正極連接，負載另外一端接地；
[0058] 所述第一水位傳感器和第二水位傳感器均采用LC-SW1 ;
[0059] 所述速度傳感器采用化s-ra; W60] 所述MCU采用dsPIC33FJ16GS504單片機，DC-DC變換器采用Boost電路，驅動模 塊選用MCP14E3,電壓傳感器6選用LV28-P，電流傳感器7選用LA25-NP，速度傳感器3采用 ZLS-PX，第一電容C1 =lOuF，第二電容C2 =lOOuF。 陽OW] 請參閱圖3
[0062] 一種擺板式波浪能發電系統控制方法，其特征在于，所述方法具體包括步驟：
[0063] 步驟1 :采集擺板式波浪能發電系統所在水域的波浪速度S。、波浪高度吊和擺板高 度印；
[0064] 步驟2 :根據由當前時刻的波浪速度和波浪高度產生的檢測信號和由擺板高度產 生的反饋信號判定啟動條件，當主控制器接收到檢測信號并且檢測信號滿足： 陽0化]