振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統的制作方法
【專利摘要】振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，包括振蕩浮子波浪能發電系統和測試系統。振蕩浮子波浪能發電系統包括第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和三級能量轉換系統，第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和第三級能量轉換系統間順次進行能量傳遞；測試系統包括上位機和控制機箱。該測試系統集成了標準輸入輸出接口，測試靈活、精度高、運行穩定。可依據實際需求實現對多路過程參數的高速采集、顯示、存儲與相應的數據管理與分析功能，通用性強，操作簡單，穩定性高；可基于測試系統提供的人機交互功能，依據設定的控制參數對被控現場進行開環、閉環控制。
【專利說明】
振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統
技術領域
[0001] 本實用新型屬于波浪能發電及測試技術領域，設及一種振蕩浮子波浪能發電裝置 及其測試系統。
【背景技術】
[0002] 振蕩浮子波浪能發電系統結構復雜、體積龐大、投資巨大，在惡劣的海洋環境下對 各種技術參數的檢測比較困難。特別是在項目實驗階段，需要不斷進行設計優化。在振蕩浮 子波浪能發電系統投產前，需要振蕩浮子對波浪能發電系統進行充分的數據采集、處理、分 析及驗證，為波浪能發電裝置綜合評估和理論性研究奠定堅實的基礎。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，實現對振蕩 浮子波浪能發電裝置工作時的實時監控。
[0004] 本發明的技術方案為:振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，包括振蕩浮子波 浪能發電系統，振蕩浮子波浪能發電系統包括第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統 和第Ξ級能量轉換系統，第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和第Ξ級能量轉換系 統間順次進行能量傳遞;第一級能量轉換系統包括振蕩浮子和機械傳動裝置;第二級能量 轉換系統包括蓄能器和液壓馬達，第Ξ級能連轉換系統包括扭矩傳感器、發電機、整流濾波 單元及負載單元;振蕩浮子經機械傳動裝置與蓄能器連接;蓄能器經電磁閥與液壓馬達相 連;液壓馬達的輸出端接發電機，發電機輸出端經接觸器與整流濾波單元、負載相接，發電 機連接扭矩傳感器；
[0005] 還包括波浪能發電測試系統，包括上位機和控制機箱;控制機箱集成數據采集接 口和過程控制接口，并與上位機通信，包括：
[0006] 第一級數據采集接口，經位移傳感器與振蕩浮子相連；
[0007] 第二級數據采集及過程控制接口，包括第二級數據采集接口、開關量輸出接口和 模擬量輸出接口；第二級數據采集接口經流量傳感器分別與液壓馬達和蓄能器相連，經壓 力傳感器與液壓馬達相連;開關量輸出接口和模擬量輸出接口均與電磁閥相連；
[000引第Ξ級數據采集及過程控制接口，包括第Ξ級數據采集接口和開關量輸出接口； 第Ξ級數據采集接口經扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經電壓變送器、電流變送器與發電 機、負載相連，經開關量輸出接口與接觸器相連。
[0009] 優選的是:第一級數據采集接口，第二級數據采集接口和第Ξ級數據采集接口包 括模擬量電壓差分數據采集單元、模擬量電壓單端數據采集單元和模擬量電流采集單元。
[0010] 優選的是:控制機箱設置有RJ45接口，上位機與RJ45接口通信連接。
[0011] 本發明的有益效果為：
[0012] 振蕩浮子波浪能發電裝置測試系統，是一種適用于評估波浪能發電裝置整體性能 的自動化測試系統。該測試系統具有W下優點：
[0013] 1)該測試系統集成了標準輸入輸出接口，測試靈活、精度高、運行穩定。可依據實 際需求實現對多路過程參數的高速采集、顯示、存儲與相應的數據管理與分析功能，通用性 強，操作簡單，穩定性高;可基于測試系統提供的人機交互功能，依據設定的控制參數對被 控現場進行開環、閉環控制；
[0014] 2)該測試系統不僅僅適用于振蕩浮子波浪能發電裝置的性能測試，能滿足多種形 式的波浪能發電裝置的測控需求；
[0015] 3)不再采用諸如RS232，RS485等低速通信接口，采用基于RJ45接口和TCP/IP通信 協議的W太網絡通信方式，在實現高速通信的同時，真正將網絡化自動測試技術應用于海 洋能源開發與利用的領域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為振蕩浮子波浪能發電系統結構示意圖。
[0017] 圖2為發電機與整流濾波單元連接結構示意圖。
[0018] 圖3為波浪能發電測試系統與振蕩浮子波浪能發電系統連接結構示意圖。
[0019] 圖4為模擬量電壓差分數據采集單元結構示意圖。
[0020] 圖5為模擬量電壓單端數據采集單元結構示意圖。
[0021 ]圖6為模擬量電流采集單元結構示意圖。
[0022] 圖7為開關量輸出接口電路結構示意圖。
[0023] 圖8為模擬量輸出接口電路結構示意圖。
[0024] 圖9為測試系統采集的發電裝置運行過程中的各項過程參數示意圖。
[002引其中：1-振蕩浮子，2-雙向油缸，3-蓄能器，4-電磁閥，5-液壓馬達，6-發電機，7-電 阻，8-接觸器
【具體實施方式】
[0026] W下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行進一步的描述。
[0027] 振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，包括振蕩浮子波浪能發電系統和波浪能 發電測試系統。
[0028] 如圖1、圖2和圖3所示，振蕩浮子波浪能發電系統包括第一級能量轉換系統、第二 級能量轉換系統和第Ξ級能量轉換系統，第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和第 Ξ級能量轉換系統間順次進行能量傳遞。第一級能量轉換系統包括振蕩浮子1和雙向油缸 2;第二級能量轉換系統包括蓄能器3和液壓馬達5,第Ξ級能連轉換系統包括扭矩傳感器、 發電機6、整流濾波單元及負載電阻7單元;振蕩浮子1經雙向油缸2與蓄能器3連接;蓄能器3 經電磁閥4與液壓馬達5相連;液壓馬達5的輸出端接發電機6,發電機6輸出端經接觸器8與 整流濾波單元、負載電阻7相接，發電機6連接扭矩傳感器。
[0029] 還包括波浪能發電測試系統，包括上位機和控制機箱;控制機箱集成數據采集接 口和過程控制接口，控制機箱設置有RJ45接口，監控上位機與RJ45接口通信連接。
[0030] 控制機箱的結構包括：
[0031 ]第一級數據采集接口，經位移傳感器與振蕩浮子相連;位移傳感器采集振蕩浮子 的位移參數，并傳遞到監控上位機。
[0032] 第二級數據采集及過程控制接口，包括第二級數據采集接口、開關量輸出接口和 模擬量輸出接口；第二級數據采集接口經流量傳感器分別與液壓馬達5和蓄能器3相連，經 壓力傳感器與液壓馬達5相連;開關量輸出接口和模擬量輸出接口均與電磁閥4相連。第二 級數據采集接口完成液壓馬達5進口壓力、出口壓力、蓄能器3壓力、液壓馬達5流量、蓄能器 3流量等參數的采集，并傳遞到監控上位機。開關量輸出接口和模擬量輸出接口分別用于控 制電磁閥的開閉和開度。
[0033] 第Ξ級數據采集及過程控制接口，包括第Ξ級數據采集接口和開關量輸出接口； 第Ξ級數據采集接口經扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經電壓變送器、電流變送器與發電 機、負載相連，經開關量輸出接口與接觸器8相連。第Ξ級數據采集接口完成發電機扭矩、轉 速、電流、電壓、功率W及負載電壓、電流和功率等參數的數據采集，并傳遞到監控上位機。
[0034] 第一級數據采集接口、第二級數據采集接口和第Ξ級數據采集接口包括模擬量電 壓差分數據采集單元、模擬量電壓單端數據采集單元和模擬量電流采集單元，分別用于采 集電壓輸出型傳感器和電流輸出型傳感器的輸出信號。如圖4-圖6所示，模擬量電壓采集單 元的采集方式有兩種:差分和單端。控制機箱的模擬量電壓采集單元共有AI0-AI15十六個 采集通道，其中差分采集電路結構如圖4所示，其中Ain和AIn+8構成一個差分采集通道，n = 0~7;單端采集電路結構如圖5所示，其中Ain和COM構成一個單端采集通道，n = 0~15,差分 采集方式相對于單端采集方式，可W更有效抑制工模干擾。控制機箱的模擬量電流采集單 元共有AI0~AI7八個采集通道，其中Ain和COM構成一個單端采集通道n = 0~7。
[0035] 工作過程中，振蕩浮子1往復運動，將波浪能轉換為機械能;振蕩浮子1推動雙向油 缸2的活塞桿，使雙向油缸2中的液壓油通過液壓管路流入蓄能器3中，完成機械能向液壓能 的轉換。當蓄能器3充油壓力上升到設定的蓄能壓力闊值時，控制機箱輸出控制信號給電磁 閥4,控制蓄能器3中液壓油瞬間釋放，推動液壓馬達5轉動，將液壓能轉換為液壓馬達5的旋 轉機械能。發電機6與液壓馬達5通過聯軸器同軸連接，液壓馬達5轉動的同時帶動發電機6 轉動完成將旋轉機械能轉換為電能，實現第Ξ級能量轉換。
[0036] 監控上位機搭載監控軟件，工作過程中，波浪能發電測試系統進行高速數據采集， 同時，對振蕩浮子波浪能發電裝置的內部環節進行控制。通過Ξ級數據采集接口采集振蕩 浮子波浪能發電裝置的工作數據，并通過開關量輸出接口和模擬量輸出接口輸出控制信 號。
[0037] 圖7和圖8給出了模擬量輸出接口和開關量輸出接口的結構示意圖。工作中，第二 級數據采集及過程控制接口中的開關量輸出接口用于控制與蓄能器3相連的電磁閥4的開 與閉，模擬量輸出接口用于控制與蓄能器3相連的電磁閥4的開度;第Ξ級數據采集及過程 控制接口中的開關量輸出接口用于控制與發電機6相連的接觸器8的開閉，實現對發電機6 的空載/帶載控制W及控制發電機負載的切換。
[0038] 在實驗室狀態下對振蕩浮子波浪能發電測試系統及其測試系統的性能進行模擬 實驗，采用造波機模擬波浪狀態，推動振蕩浮子1往復運動。模擬試驗過程中，監控上位機采 集的振蕩浮子波浪能發電裝置的各項運行參數，設及直流母線電壓、直流母線電流、轉速、 扭矩、電子負載吸收功率、發電機輸出功率、流量、振蕩浮子位移、壓力等豎數值并WExcel 表格的形式分列存儲，表格中記錄的為真實數據值，不需進行字符數據的轉換，工作人員可 直觀觀測振蕩浮子波浪能發電裝置的各種數值參數;表1為監控上位機統計的振蕩浮子波 浪能發電裝置的功率隨負載變化和轉換率實驗統計表，試驗中分別測試了不同蓄能壓力闊 值下，負載阻值變化對發電裝置的能量轉換效率的影響。圖9所示，為測試系統采集的振蕩 浮子波浪能發電裝置運行過程中的各項過程參數，表明該測試系統可對振蕩浮子波浪能發 電裝置實現實施監控測試。
[0039] 表1:振蕩浮子波浪能發電裝置的功率隨負載變化和轉換率實驗統計表
[0040]
[0041]
[0042]
【主權項】
1. 振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，包括振蕩浮子波浪能發電系統，所述振蕩 浮子波浪能發電系統包括第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和第三級能量轉換系 統，第一級能量轉換系統、第二級能量轉換系統和第三級能量轉換系統間順次進行能量傳 遞;其特征在于:所述第一級能量轉換系統包括振蕩浮子和機械傳動裝置;所述第二級能量 轉換系統包括蓄能器和液壓馬達，所述第三級能量轉換系統包括扭矩傳感器、發電機、整流 濾波單元及負載單元;振蕩浮子經機械傳動裝置與蓄能器連接;蓄能器經電磁閥與液壓馬 達相連;液壓馬達的輸出端接發電機，發電機輸出端經接觸器與整流濾波單元、負載相接， 發電機連接扭矩傳感器； 還包括波浪能發電測試系統，包括上位機和控制機箱;所述控制機箱集成數據采集接 口和過程控制接口，并與上位機通信，包括： 第一級數據采集接口，經位移傳感器與振蕩浮子相連； 第二級數據采集及過程控制接口，包括第二級數據采集接口、開關量輸出接口和模擬 量輸出接口；所述第二級數據采集接口經流量傳感器分別與液壓馬達和蓄能器相連，經壓 力傳感器與液壓馬達相連;所述開關量輸出接口和模擬量輸出接口均與電磁閥相連； 第三級數據采集及過程控制接口，包括第三級數據采集接口和開關量輸出接口；所述 第三級數據采集接口經扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經電壓變送器、電流變送器與發電 機、負載相連，經開關量輸出接口與接觸器相連。2. 如權利要求1所述的振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，其特征在于:第一級數 據采集接口，第二級數據采集接口和第三級數據采集接口包括模擬量電壓差分數據采集單 元、模擬量電壓單端數據采集單元和模擬量電流采集單元。3. 如權利要求1所述的振蕩浮子波浪能發電裝置及其測試系統，其特征在于:控制機箱 設置有RJ45接口，上位機與RJ45接口通信連接。
【文檔編號】G01R31/34GK205605352SQ201620297593
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】黎明, 張家明, 竇勇, 劉兆航, 史宏達, 劉臻, 趙晨羽, 韓治
【申請人】中國海洋大學