一種潮流能發(fā)電裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種潮流能發(fā)電裝置，包括機艙、發(fā)電機、塔架、流速流向傳感器、控制器、第一剎車、第二剎車、第一葉輪和第二葉輪，所述機艙固定在所述塔架上，所述第一葉輪和所述第二葉輪分別位于所述機艙的兩端。所述第一葉輪的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙，且與所述發(fā)電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子相聯(lián)接。所述第二葉輪的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙，且與所述發(fā)電機的外轉(zhuǎn)子相聯(lián)接。所述第一剎車位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸入轉(zhuǎn)軸處，所述第二剎車位于所述外轉(zhuǎn)子的輸入轉(zhuǎn)軸處。所述控制器分別與所述流速流向傳感器、所述第一剎車和所述第二剎車進行電氣連接。所述潮流能發(fā)電裝置的控制方法為根據(jù)所述流速流向傳感器檢測到的潮流流速信號和流向信號，控制所述第一剎車和所述第二剎車的剎車狀態(tài)，實現(xiàn)在正反向潮流時捕獲潮流能。該潮流能發(fā)電裝置省略了變槳或偏航機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約了成本，且控制程序簡單，提高了控制精度及能源利用率。
【專利說明】一種潮流能發(fā)電裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋能發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種潮流能發(fā)電裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]潮流能屬于海洋能范疇，是一種可預(yù)測性強、儲量巨大、很有開發(fā)利用價值的新型能源。目前，已廣泛使用潮流能發(fā)電裝置來開發(fā)利用潮流能。
[0003]潮流能發(fā)電裝置從結(jié)構(gòu)上來劃分，主要有垂直軸式和水平軸式兩種結(jié)構(gòu)型式。垂直軸式潮流能發(fā)電裝置可以利用不同流向的潮流，但是其葉輪捕獲潮流能的效率低，且不適用于大功率等級發(fā)電機組。水平軸式潮流能發(fā)電裝置的葉輪捕獲潮流能的效率高，但只能利用單一流向的潮流。
[0004]為了使水平軸式發(fā)電裝置能夠利用雙向(正向和反向)潮流，目前主要有以下幾種技術(shù)方式:
[0005]I)使用可以雙向工作的葉片。裝有這種雙向葉片的葉輪,在漲潮和落潮(漲潮時潮流的流向與落潮時相反)時均可以在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。雙向葉片捕獲潮流能的效率比單向葉片低很多，同樣不適用于大功率等級發(fā)電機組。
[0006]2)通過葉輪的葉片變槳。在潮流的流向變換時，使葉片繞自身轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，使葉輪能夠捕獲流向變換之后的潮流的能量。這種方式需要復(fù)雜的變槳距機構(gòu)，同時還要考慮變槳時葉片根部的動密封問題，大大增加了技術(shù)難度和制造成本。
[0007]3)通過偏航機構(gòu)對流。在潮流的流向變換時，使整個潮流能發(fā)電裝置旋轉(zhuǎn)180度，使葉輪正對潮流，繼續(xù)工作。這種方式需要龐大的偏航機構(gòu)，使整個裝置旋轉(zhuǎn)180度，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種潮流能發(fā)電裝置，該潮流能發(fā)電裝置具有兩個葉輪，在漲潮和落潮時均可以捕獲潮流能，且不需要預(yù)先執(zhí)行變槳或偏航動作，減小了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，節(jié)約成本。該潮流能發(fā)電裝置的控制方法在漲潮和落潮時執(zhí)行不同的剎車控制程序，就能實現(xiàn)在漲潮和落潮時均可以捕獲潮流能，省略了變槳或偏航控制程序，提高了控制精度，簡化控制程序，節(jié)約程序開發(fā)成本。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一種潮流能發(fā)電裝置，包括機艙、發(fā)電機和塔架，所述機艙固定在所述塔架上，所述潮流能發(fā)電裝置還包括流速流向傳感器、控制器、第一剎車、第二剎車、第一葉輪和第二葉輪，所述第一葉輪和所述第二葉輪分別位于所述機艙的兩端。所述第一葉輪的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙，且與所述發(fā)電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子相聯(lián)接。所述第二葉輪的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙，且與所述發(fā)電機的外轉(zhuǎn)子相聯(lián)接。所述第一剎車位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸入轉(zhuǎn)軸處，所述第二剎車位于所述外轉(zhuǎn)子的輸入轉(zhuǎn)軸處。所述控制器分別與所述流速流向傳感器、所述第一剎車和所述第二剎車進行電氣連接。[0011]進一步的，所述第一葉輪與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子之間設(shè)有第一齒輪箱，所述第一齒輪箱固定在所述機艙的內(nèi)壁上。所述第一葉輪通過所述第一齒輪箱與所述發(fā)電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子相聯(lián)接，所述第一齒輪箱的一端聯(lián)接所述第一葉輪的轉(zhuǎn)軸，所述第一齒輪箱的另一端聯(lián)接所述內(nèi)轉(zhuǎn)子。
[0012]進一步的，所述第二葉輪與所述外轉(zhuǎn)子之間設(shè)有第二齒輪箱，所述第二齒輪箱固定在所述機艙的內(nèi)壁上。所述第二葉輪通過所述第二齒輪箱與所述發(fā)電機的外轉(zhuǎn)子相聯(lián)接，所述第二齒輪箱的一端聯(lián)接所述第二葉輪的轉(zhuǎn)軸，所述第二齒輪箱的另一端聯(lián)接所述外轉(zhuǎn)子。
[0013]進一步的，所述發(fā)電機通過軸承安裝在所述機艙內(nèi)部。
[0014]進一步的，所述發(fā)電機的外轉(zhuǎn)子上設(shè)有導(dǎo)電滑環(huán)，所述導(dǎo)電滑環(huán)通過海底電纜連接用電負(fù)載。
[0015]進一步的，所述流速流向傳感器安裝在所述機艙外壁上。
[0016]一種潮流能發(fā)電裝置的控制方法，所述流速流向傳感器檢測潮流的流速和流向，并將檢測到的流速信號和流向信號傳遞給所述控制器，所述流速流向傳感器當(dāng)前檢測到的潮流流速值為C。所述控制器根據(jù)當(dāng)前的潮流流速和流向決定所述第一剎車和所述第二剎車的工作狀態(tài)。所述控制器的控制程序中預(yù)先設(shè)置潮流能發(fā)電裝置的工作流速范圍，所述工作流速范圍的最小值為A，所述工作流速范圍的最大值為B。
[0017]如果C小于A，此時，所述控制器輸出剎車信號給所述第一剎車和所述第二剎車，所述第一剎車和所述第二剎車處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪和所述第二葉輪靜止不動。
[0018]如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于漲潮狀態(tài)，潮流的的流向為正向，此時，所述控制器輸出剎車信號給所述第一剎車，所述第一剎車處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪靜止不動，所述第二剎車處于釋放狀態(tài)，所述第二葉輪在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能。
[0019]如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于落潮狀態(tài)，潮流的的流向為反向，此時，所述控制器輸出剎車信號給所述第二剎車，所述第二剎車處于剎車狀態(tài)，所述第二葉輪靜止不動，所述第一剎車處于釋放狀態(tài)，所述第一葉輪在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能。
[0020]如果C大于B，此時，所述控制器輸出剎車信號給所述第一剎車和所述第二剎車，所述第一剎車和所述第二剎車處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪和所述第二葉輪靜止不動。
[0021]采用本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0022]1、具有兩個朝向的葉輪，可以在漲潮和落潮時適應(yīng)正反向的潮流，捕獲潮流能，提高了潮流能開發(fā)利用率。
[0023]2、兩個葉輪分別聯(lián)接發(fā)電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子，在不需要變槳或偏航機構(gòu)的情況下，僅依靠剎車機構(gòu)就可以實現(xiàn)在潮流變換正反向時變換兩個葉輪的工作狀態(tài)，剎車機構(gòu)相對變槳或偏航機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本。
[0024]3、相應(yīng)地，控制方法中也省略了變槳或偏航程序，僅需要根據(jù)流速和流向信號執(zhí)行剎車程序，就可以實現(xiàn)捕獲正反向潮流的能量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)的說明。
[0026]圖1為本發(fā)明一種潮流能發(fā)電裝置的第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖2為本發(fā)明一種潮流能發(fā)電裝置的第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]參照圖1，圖1所示為本發(fā)明一種潮流能發(fā)電裝置的第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，所述潮流能發(fā)電裝置包括第一葉輪11、第二葉輪12、機艙2、發(fā)電機30、塔架
4、流速流向傳感器5、控制器6、第一齒輪箱81和第二齒輪箱82，所述機艙2固定在所述塔架4上，所述第一葉輪11和所述第二葉輪12分別位于所述機艙2的兩端。所述機艙2處于密封狀態(tài)，將外界海水與所述機艙2內(nèi)部各部件相隔離。
[0029]所述第一齒輪箱81和所述第二齒輪箱82均固定在所述機艙2的內(nèi)壁上。所述第一葉輪11的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙2，且與所述第一齒輪箱81的一端相聯(lián)接；所述第一齒輪箱81的另一端聯(lián)接所述發(fā)電機30的內(nèi)轉(zhuǎn)子31。所述第一剎車71位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子31的輸入轉(zhuǎn)軸處。
[0030]所述第二葉輪12的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙2，且與所述第二齒輪箱82的一端相聯(lián)接；所述第二齒輪箱82的另一端聯(lián)接所述發(fā)電機30的外轉(zhuǎn)子32。所述第二剎車72位于所述外轉(zhuǎn)子32的輸入轉(zhuǎn)軸處。
[0031]所述流速流向傳感器5安裝在所述機艙2外壁上，用于檢測所述潮流能發(fā)電裝置所處海域的潮流流速和流向。所述控制器6分別與所述流速流向傳感器5、第一剎車71和第二剎車72進行電氣連接，所述流速流向傳感器5可以向所述控制器6傳遞檢測到的潮流流速信號和流向信號，所述控制器6可以控制所述第一剎車71和所述第二剎車72的剎車動作。
[0032]所述發(fā)電機30通過軸承21安裝在所述機艙2內(nèi)部,所述軸承21將所述發(fā)電機30的外轉(zhuǎn)子32縱向定位于所述機艙2內(nèi)部。所述發(fā)電機30的外轉(zhuǎn)子32上設(shè)有導(dǎo)電滑環(huán)33，所述導(dǎo)電滑環(huán)33通過海底電纜連接用電負(fù)載。
[0033]參照圖2，圖2所示為本發(fā)明一種潮流能發(fā)電裝置的第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。第二種實施例與第一種實施例的區(qū)別在于，第二種實施例省略了所述第一齒輪箱81和第二齒輪箱82，所述第一葉輪11的轉(zhuǎn)軸直接與所述發(fā)電機30的內(nèi)轉(zhuǎn)子31相聯(lián)接，所述第二葉輪12的轉(zhuǎn)軸直接與所述發(fā)電機30的外轉(zhuǎn)子32相聯(lián)接。
[0034]同樣，也可以有第三種和第四種實施例，其中，第三種實施例相對第一種實施例僅省略所述第一齒輪箱81,第四種實施例相對第一種實施例僅省略所述第二齒輪箱82。
[0035]對于上面所述的第一至第四種實施例，每種實施例均有相同的控制方法，本發(fā)明所述的潮流能發(fā)電裝置的控制方法如下所述:
[0036]I)所述流速流向傳感器5檢測潮流的流速和流向，并將檢測到的流速信號和流向信號傳遞給所述控制器6，所述流速流向傳感器5當(dāng)前檢測到的潮流流速值為C。所述控制器6根據(jù)當(dāng)前的潮流流速和流向決定所述第一剎車71和所述第二剎車72的工作狀態(tài)。所述控制器6的控制程序中預(yù)先設(shè)置潮流能發(fā)電裝置的工作流速范圍，所述工作流速范圍的最小值為A，所述工作流速范圍的最大值為B。
[0037]2)如果C小于A，此時，所述控制器6輸出剎車信號給所述第一剎車71和所述第二剎車72，所述第一剎車71和所述第二剎車72處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪11和所述第二葉輪12靜止不動。[0038]3)如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于漲潮狀態(tài)，潮流的的流向為正向，此時，所述控制器6輸出剎車信號給所述第一剎車71，所述第一剎車71處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪11靜止不動，所述第二剎車72處于釋放狀態(tài)，所述第二葉輪12在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能。
[0039]4)如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于落潮狀態(tài)，潮流的的流向為反向，此時，所述控制器6輸出剎車信號給所述第二剎車72，所述第二剎車72處于剎車狀態(tài)，所述第二葉輪12靜止不動，所述第一剎車71處于釋放狀態(tài)，所述第一葉輪11在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能。
[0040]5)如果C大于B，此時，所述控制器6輸出剎車信號給所述第一剎車71和所述第二剎車72，所述第一剎車71和所述第二剎車72處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪11和所述第二葉輪12靜止不動。
[0041]其中，根據(jù)所述潮流能發(fā)電裝置的安裝方向的不同，可能會有如下所述與上面第3)項和第4)項不同的工作狀態(tài):如果C大于等于A，C小于等于B，在潮流處于漲潮狀態(tài)，潮流的的流向為正向時，所述第二剎車72處于剎車狀態(tài)；在潮流處于落潮狀態(tài)，潮流的的流向為反向時，所述第一剎車71處于剎車狀態(tài)。
[0042]該潮流能發(fā)電裝置的控制方法僅包括流速流向檢測程序和剎車控制程序，相對于變槳或偏航控制程序，該控制方法的程序簡化，控制精度高，且節(jié)約了程序開發(fā)成本。
【權(quán)利要求】
1.一種潮流能發(fā)電裝置，包括機艙(2)、發(fā)電機(30)和塔架(4)，所述機艙(2)固定在所述塔架(4)上，其特征在于:所述潮流能發(fā)電裝置還包括流速流向傳感器(5)、控制器(6)、第一剎車(71)、第二剎車(72)、第一葉輪(11)和第二葉輪(12)，所述第一葉輪(11)和所述第二葉輪(12)分別位于所述機艙(2)的兩端；所述第一葉輪(11)的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙(2)，且與所述發(fā)電機(30)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(31)相聯(lián)接；所述第二葉輪(12)的轉(zhuǎn)軸伸入所述機艙(2)，且與所述發(fā)電機(30)的外轉(zhuǎn)子(32)相聯(lián)接；所述第一剎車(71)位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(31)的輸入轉(zhuǎn)軸處，所述第二剎車(72)位于所述外轉(zhuǎn)子(32)的輸入轉(zhuǎn)軸處；所述控制器(6)分別與所述流速流向傳感器(5)、所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)進行電氣連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:所述第一葉輪(11)與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(31)之間設(shè)有第一齒輪箱(81)，所述第一齒輪箱(81)固定在所述機艙(2)的內(nèi)壁上；所述第一葉輪(11)通過所述第一齒輪箱(81)與所述發(fā)電機(30)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(31)相聯(lián)接，所述第一齒輪箱(81)的一端聯(lián)接所述第一葉輪(11)的轉(zhuǎn)軸，所述第一齒輪箱(81)的另一端聯(lián)接所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(31)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:所述第二葉輪(12)與所述外轉(zhuǎn)子(32)之間設(shè)有第二齒輪箱(82)，所述第二齒輪箱(82)固定在所述機艙(2)的內(nèi)壁上；所述第二葉輪(12)通過所述第二齒輪箱(82)與所述發(fā)電機(30)的外轉(zhuǎn)子(32)相聯(lián)接，所述第二齒輪箱(82)的一端聯(lián)接所述第二葉輪(12)的轉(zhuǎn)軸，所述第二齒輪箱(82)的另一端聯(lián)接所述外轉(zhuǎn)子(32)。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電機(30)通過軸承(21)安裝在所述機艙(2 )內(nèi)部。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電機(30)的外轉(zhuǎn)子(32 )上設(shè)有導(dǎo)電滑環(huán)(33 )，所述導(dǎo)電滑環(huán)(33 )通過海底電纜連接用電負(fù)載。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:所述流速流向傳感器(5)安裝在所述機艙(2)外壁上。
7.如權(quán)利要求1所述的一種潮流能發(fā)電裝置的控制方法，其特征在于:所述流速流向傳感器(5)檢測潮流的流速和流向，并將檢測到的流速信號和流向信號傳遞給所述控制器(6)，所述流速流向傳感器(5)當(dāng)前檢測到的潮流流速值為C ;所述控制器(6)根據(jù)當(dāng)前的潮流流速和流向決定所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)的工作狀態(tài)；所述控制器(6)的控制程序中預(yù)先設(shè)置潮流能發(fā)電裝置的工作流速范圍，所述工作流速范圍的最小值為A，所述工作流速范圍的最大值為B ； 如果C小于A，此時，所述控制器(6)輸出剎車信號給所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)，所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪(11)和所述第二葉輪(12)靜止不動； 如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于漲潮狀態(tài)，潮流的的流向為正向，此時，所述控制器(6)輸出剎車信號給所述第一剎車(71)，所述第一剎車(71)處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪(11)靜止不動，所述第二剎車(72)處于釋放狀態(tài)，所述第二葉輪(12)在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能 ； 如果C大于等于A，C小于等于B，且潮流處于落潮狀態(tài)，潮流的的流向為反向，此時，所述控制器(6)輸出剎車信號給所述第二剎車(72)，所述第二剎車(72)處于剎車狀態(tài)，所述第二葉輪(12)靜止不動，所述第一剎車(71)處于釋放狀態(tài)，所述第一葉輪(11)在潮流的帶動下旋轉(zhuǎn)捕獲潮流能； 如果C大于B，此時，所述控制器(6)輸出剎車信號給所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)，所述第一剎車(71)和所述第二剎車(72)處于剎車狀態(tài)，所述第一葉輪(11)和所述第二葉輪(12)靜止不動。`
【文檔編號】F03B15/00GK103511171SQ201310469887
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】徐全坤, 劉宏偉, 李偉, 林勇剛, 石茂順 申請人:浙江大學(xué)