振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，包括振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)和測試系統(tǒng)。振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和三級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第三級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)間順次進(jìn)行能量傳遞；測試系統(tǒng)包括上位機(jī)和控制機(jī)箱。該測試系統(tǒng)集成了標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口，測試靈活、精度高、運(yùn)行穩(wěn)定?？梢罁?jù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)對多路過程參數(shù)的高速采集、顯示、存儲與相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理與分析功能，通用性強(qiáng)，操作簡單，穩(wěn)定性高；可基于測試系統(tǒng)提供的人機(jī)交互功能，依據(jù)設(shè)定的控制參數(shù)對被控現(xiàn)場進(jìn)行開環(huán)、閉環(huán)控制。
【專利說明】
振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于波浪能發(fā)電及測試技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置 及其測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、投資巨大，在惡劣的海洋環(huán)境下對 各種技術(shù)參數(shù)的檢測比較困難。特別是在項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)階段，需要不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在振蕩浮 子波浪能發(fā)電系統(tǒng)投產(chǎn)前，需要振蕩浮子對波浪能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)采集、處理、分 析及驗(yàn)證，為波浪能發(fā)電裝置綜合評估和理論性研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對振蕩 浮子波浪能發(fā)電裝置工作時的實(shí)時監(jiān)控。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，包括振蕩浮子波 浪能發(fā)電系統(tǒng)，振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 和第Ξ級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第Ξ級能量轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)間順次進(jìn)行能量傳遞;第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括振蕩浮子和機(jī)械傳動裝置;第二級能量 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括蓄能器和液壓馬達(dá)，第Ξ級能連轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括扭矩傳感器、發(fā)電機(jī)、整流濾波 單元及負(fù)載單元;振蕩浮子經(jīng)機(jī)械傳動裝置與蓄能器連接;蓄能器經(jīng)電磁閥與液壓馬達(dá)相 連;液壓馬達(dá)的輸出端接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)輸出端經(jīng)接觸器與整流濾波單元、負(fù)載相接，發(fā)電 機(jī)連接扭矩傳感器；
[0005] 還包括波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)，包括上位機(jī)和控制機(jī)箱;控制機(jī)箱集成數(shù)據(jù)采集接 口和過程控制接口，并與上位機(jī)通信，包括：
[0006] 第一級數(shù)據(jù)采集接口，經(jīng)位移傳感器與振蕩浮子相連；
[0007] 第二級數(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第二級數(shù)據(jù)采集接口、開關(guān)量輸出接口和 模擬量輸出接口；第二級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)流量傳感器分別與液壓馬達(dá)和蓄能器相連，經(jīng)壓 力傳感器與液壓馬達(dá)相連;開關(guān)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(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口和開關(guān)量輸出接口； 第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經(jīng)電壓變送器、電流變送器與發(fā)電 機(jī)、負(fù)載相連，經(jīng)開關(guān)量輸出接口與接觸器相連。
[0009] 優(yōu)選的是:第一級數(shù)據(jù)采集接口，第二級數(shù)據(jù)采集接口和第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口包 括模擬量電壓差分?jǐn)?shù)據(jù)采集單元、模擬量電壓單端數(shù)據(jù)采集單元和模擬量電流采集單元。
[0010] 優(yōu)選的是:控制機(jī)箱設(shè)置有RJ45接口，上位機(jī)與RJ45接口通信連接。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，是一種適用于評估波浪能發(fā)電裝置整體性能 的自動化測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1)該測試系統(tǒng)集成了標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口，測試靈活、精度高、運(yùn)行穩(wěn)定。可依據(jù)實(shí) 際需求實(shí)現(xiàn)對多路過程參數(shù)的高速采集、顯示、存儲與相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理與分析功能，通用性 強(qiáng)，操作簡單，穩(wěn)定性高;可基于測試系統(tǒng)提供的人機(jī)交互功能，依據(jù)設(shè)定的控制參數(shù)對被 控現(xiàn)場進(jìn)行開環(huán)、閉環(huán)控制；
[0014] 2)該測試系統(tǒng)不僅僅適用于振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置的性能測試，能滿足多種形 式的波浪能發(fā)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(xié)議的W太網(wǎng)絡(luò)通信方式，在實(shí)現(xiàn)高速通信的同時，真正將網(wǎng)絡(luò)化自動測試技術(shù)應(yīng)用于海 洋能源開發(fā)與利用的領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2為發(fā)電機(jī)與整流濾波單元連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)與振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4為模擬量電壓差分?jǐn)?shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖5為模擬量電壓單端數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖6為模擬量電流采集單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖7為開關(guān)量輸出接口電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖8為模擬量輸出接口電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖9為測試系統(tǒng)采集的發(fā)電裝置運(yùn)行過程中的各項(xiàng)過程參數(shù)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(dá)，6-發(fā)電機(jī)，7-電 阻，8-接觸器
【具體實(shí)施方式】
[0026] W下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0027] 振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，包括振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)和波浪能 發(fā)電測試系統(tǒng)。
[0028] 如圖1、圖2和圖3所示，振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二 級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第Ξ級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第 Ξ級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)間順次進(jìn)行能量傳遞。第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括振蕩浮子1和雙向油缸 2;第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括蓄能器3和液壓馬達(dá)5,第Ξ級能連轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括扭矩傳感器、 發(fā)電機(jī)6、整流濾波單元及負(fù)載電阻7單元;振蕩浮子1經(jīng)雙向油缸2與蓄能器3連接;蓄能器3 經(jīng)電磁閥4與液壓馬達(dá)5相連;液壓馬達(dá)5的輸出端接發(fā)電機(jī)6,發(fā)電機(jī)6輸出端經(jīng)接觸器8與 整流濾波單元、負(fù)載電阻7相接，發(fā)電機(jī)6連接扭矩傳感器。
[0029] 還包括波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)，包括上位機(jī)和控制機(jī)箱;控制機(jī)箱集成數(shù)據(jù)采集接 口和過程控制接口，控制機(jī)箱設(shè)置有RJ45接口，監(jiān)控上位機(jī)與RJ45接口通信連接。
[0030] 控制機(jī)箱的結(jié)構(gòu)包括：
[0031 ]第一級數(shù)據(jù)采集接口，經(jīng)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(shù)，并傳遞到監(jiān)控上位機(jī)。
[0032] 第二級數(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第二級數(shù)據(jù)采集接口、開關(guān)量輸出接口和 模擬量輸出接口；第二級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)流量傳感器分別與液壓馬達(dá)5和蓄能器3相連，經(jīng) 壓力傳感器與液壓馬達(dá)5相連;開關(guān)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(shù)據(jù)采集接口完成液壓馬達(dá)5進(jìn)口壓力、出口壓力、蓄能器3壓力、液壓馬達(dá)5流量、蓄能器 3流量等參數(shù)的采集，并傳遞到監(jiān)控上位機(jī)。開關(guān)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(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口和開關(guān)量輸出接口； 第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經(jīng)電壓變送器、電流變送器與發(fā)電 機(jī)、負(fù)載相連，經(jīng)開關(guān)量輸出接口與接觸器8相連。第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口完成發(fā)電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn) 速、電流、電壓、功率W及負(fù)載電壓、電流和功率等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，并傳遞到監(jiān)控上位機(jī)。
[0034] 第一級數(shù)據(jù)采集接口、第二級數(shù)據(jù)采集接口和第Ξ級數(shù)據(jù)采集接口包括模擬量電 壓差分?jǐn)?shù)據(jù)采集單元、模擬量電壓單端數(shù)據(jù)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?？刂茩C(jī)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(jié)構(gòu)如圖4所示，其中Ain和AIn+8構(gòu)成一個差分采集通道，n = 0~7;單端采集電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中Ain和COM構(gòu)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?？刂茩C(jī)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(gòu)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(fù)運(yùn)動，將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)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(jī)械能向液壓能 的轉(zhuǎn)換。當(dāng)蓄能器3充油壓力上升到設(shè)定的蓄能壓力闊值時，控制機(jī)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(dá)5轉(zhuǎn)動，將液壓能轉(zhuǎn)換為液壓馬達(dá)5的旋 轉(zhuǎn)機(jī)械能。發(fā)電機(jī)6與液壓馬達(dá)5通過聯(lián)軸器同軸連接，液壓馬達(dá)5轉(zhuǎn)動的同時帶動發(fā)電機(jī)6 轉(zhuǎn)動完成將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)第Ξ級能量轉(zhuǎn)換。
[0036] 監(jiān)控上位機(jī)搭載監(jiān)控軟件，工作過程中，波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集， 同時，對振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置的內(nèi)部環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。通過Ξ級數(shù)據(jù)采集接口采集振蕩 浮子波浪能發(fā)電裝置的工作數(shù)據(jù)，并通過開關(guān)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(guān)量輸出接口的結(jié)構(gòu)示意圖。工作中，第二 級數(shù)據(jù)采集及過程控制接口中的開關(guān)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(shù)據(jù)采集及過程 控制接口中的開關(guān)量輸出接口用于控制與發(fā)電機(jī)6相連的接觸器8的開閉，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)6 的空載/帶載控制W及控制發(fā)電機(jī)負(fù)載的切換。
[0038] 在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下對振蕩浮子波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)及其測試系統(tǒng)的性能進(jìn)行模擬 實(shí)驗(yàn)，采用造波機(jī)模擬波浪狀態(tài)，推動振蕩浮子1往復(fù)運(yùn)動。模擬試驗(yàn)過程中，監(jiān)控上位機(jī)采 集的振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)及直流母線電壓、直流母線電流、轉(zhuǎn)速、 扭矩、電子負(fù)載吸收功率、發(fā)電機(jī)輸出功率、流量、振蕩浮子位移、壓力等豎數(shù)值并WExcel 表格的形式分列存儲，表格中記錄的為真實(shí)數(shù)據(jù)值，不需進(jìn)行字符數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，工作人員可 直觀觀測振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置的各種數(shù)值參數(shù);表1為監(jiān)控上位機(jī)統(tǒng)計(jì)的振蕩浮子波 浪能發(fā)電裝置的功率隨負(fù)載變化和轉(zhuǎn)換率實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表，試驗(yàn)中分別測試了不同蓄能壓力闊 值下，負(fù)載阻值變化對發(fā)電裝置的能量轉(zhuǎn)換效率的影響。圖9所示，為測試系統(tǒng)采集的振蕩 浮子波浪能發(fā)電裝置運(yùn)行過程中的各項(xiàng)過程參數(shù)，表明該測試系統(tǒng)可對振蕩浮子波浪能發(fā) 電裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)施監(jiān)控測試。
[0039] 表1:振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置的功率隨負(fù)載變化和轉(zhuǎn)換率實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表
[0040]
[0041]
[0042]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，包括振蕩浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)，所述振蕩 浮子波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第三級能量轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)，第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、第二級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和第三級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)間順次進(jìn)行能量傳 遞;其特征在于:所述第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括振蕩浮子和機(jī)械傳動裝置;所述第二級能量 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括蓄能器和液壓馬達(dá)，所述第三級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括扭矩傳感器、發(fā)電機(jī)、整流 濾波單元及負(fù)載單元;振蕩浮子經(jīng)機(jī)械傳動裝置與蓄能器連接;蓄能器經(jīng)電磁閥與液壓馬 達(dá)相連;液壓馬達(dá)的輸出端接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)輸出端經(jīng)接觸器與整流濾波單元、負(fù)載相接， 發(fā)電機(jī)連接扭矩傳感器； 還包括波浪能發(fā)電測試系統(tǒng)，包括上位機(jī)和控制機(jī)箱;所述控制機(jī)箱集成數(shù)據(jù)采集接 口和過程控制接口，并與上位機(jī)通信，包括： 第一級數(shù)據(jù)采集接口，經(jīng)位移傳感器與振蕩浮子相連； 第二級數(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第二級數(shù)據(jù)采集接口、開關(guān)量輸出接口和模擬 量輸出接口；所述第二級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)流量傳感器分別與液壓馬達(dá)和蓄能器相連，經(jīng)壓 力傳感器與液壓馬達(dá)相連;所述開關(guān)量輸出接口和模擬量輸出接口均與電磁閥相連； 第三級數(shù)據(jù)采集及過程控制接口，包括第三級數(shù)據(jù)采集接口和開關(guān)量輸出接口；所述 第三級數(shù)據(jù)采集接口經(jīng)扭矩功率儀與扭矩傳感器相連，經(jīng)電壓變送器、電流變送器與發(fā)電 機(jī)、負(fù)載相連，經(jīng)開關(guān)量輸出接口與接觸器相連。2. 如權(quán)利要求1所述的振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，其特征在于:第一級數(shù) 據(jù)采集接口，第二級數(shù)據(jù)采集接口和第三級數(shù)據(jù)采集接口包括模擬量電壓差分?jǐn)?shù)據(jù)采集單 元、模擬量電壓單端數(shù)據(jù)采集單元和模擬量電流采集單元。3. 如權(quán)利要求1所述的振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)，其特征在于:控制機(jī)箱 設(shè)置有RJ45接口，上位機(jī)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(fā)明人】黎明, 張家明, 竇勇, 劉兆航, 史宏達(dá), 劉臻, 趙晨羽, 韓治
【申請人】中國海洋大學(xué)