[發明專利]一種適用于湖泊的波浪發電裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201310503684.2
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103511169A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 余海濤;陳中顯;胡敏強;黃磊;聞程;孟高軍;須晨凱;仲偉波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F03B13/14
• 分類號: F03B13/14;F03B15/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種適用于湖泊的波浪發電裝置及其控制方法，具體說是一種帶有PID-內模優化控制算法的自適應波浪發電裝置。

背景技術

近年來，隨著社會的進步和科學技術的飛躍式發展，世界上的煤炭、石油和天然氣能源已被人類大量消耗。面對能源稀缺，許多國家和地區之間經常發生摩擦矛盾，甚至不惜動用戰爭手段進行能源爭奪。于是人類開始思考尋求可再生的、清潔的能源，用以解決世界的能源危機。波浪能、潮汐能屬于太陽能的范疇，海洋、湖泊中蘊藏著異常豐富的波浪能。波浪能是一種可再生的、清潔的能源。真正地利用波浪進行發電技術的規模開發和研究，始于上世紀70年代末。雖然波浪能發電技術成本較高、規模較小，但其在特殊情況下的應用不容忽視。其中，湖泊中的小功率用電設備，譬如航標燈等使用電網供電比較困難，成本也非常高，若能通過波浪發電完成對航標燈的供電將十分實用。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種適用于湖泊的波浪發電裝置及其控制方法；能夠實現湖泊波浪能的利用，同時將PID-內模優化控制和波浪發電裝置有機地結合起來，有效地消除波浪發電裝置運行過程中的各種干擾影響，提高波浪發電裝置運行的穩定性、魯棒性和快速動態響應能力，進而提高波浪能轉換成電能的效率；可適用于譬如航標燈的供電等。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種適用于湖泊的波浪發電裝置，包括支架、垂直浮筒、永磁圓筒直線發電機和蓄電池，永磁圓筒直線發電機的電能輸出端接入蓄電池的充電端；所述支架上設置有動機安裝平臺，在動機安裝平臺上設置有通孔，在動機安裝平臺的上方固定有密封罩；所述永磁圓筒直線發電機包括定子和動子，所述定子豎直固定在動機安裝平臺上方、并位于密封罩內，所述動子安裝在定子內，且動子穿過動機安裝平臺上的通孔伸入到動機安裝平臺下方，與動機安裝平臺下方的垂直浮筒的中心軸固定。

優選的，還包括燈器，所述燈器安裝在密封罩的外部頂端，所述蓄電池為燈器提供電源。

優選的，所述定子和動子之間采用超高分子材質的軸套進行連接。

一種適用于湖泊的波浪發電裝置的控制方法，該方法基于PID-內?？刂颇Ｐ?，通過對波前垂直波速的檢測模塊、垂直速度控制環、反饋信號和干擾信號對垂直浮筒進行控制，具體包括如下步驟：

（1）所述波前垂直波速的檢測模塊對波前垂直波速R(s)進行檢測，并將波前垂直波速R(s)與垂直浮筒（4）運動速度的反饋信號進行實時比較，將產生的誤差通過反饋信號模塊送入垂直速度控制模塊G_IMC(s)中，其中Y(s)為輸出量，為發電裝置的理論運動模型，G(s)為發電裝置的實際運動模型；

（2）垂直速度控制模塊G_IMC(s)采用調節PID參數的自適應控制方法，先通過調節誤差輸入量的比例、積分和微分參數，經推理計算求解得到垂直速度控制模塊G_IMC(s)的輸出量；

（3）采用PID-內模算法進行補償，消除干擾信號D(s)的影響。

所述垂直速度控制模塊G_IMC(s)內包含有發電裝置的理論運動模型和PID-內模控制模型的內環反饋控制器C(s)，其中C(s)的輸入信號為的輸出信號作為的輸入信號；同時C(s)的輸出信號作為發電裝置的實際運動模型G(s)的輸入信號，Y(s)=G(s)+D(s)。

優選的，所述波前垂直波速的檢測模塊采用點對點的速度檢測方法對波前垂直波速進行檢測。

優選的，該方法還包括如下步驟：

a.根據光亮強度，點亮或關閉燈器；

b.根據蓄電池充電是否完成，控制永磁圓筒直線發電機向蓄電池充電；

c.在蓄電池充電完成、且波浪波高達到預設值情況下，控制永磁圓筒直線發電機直接為燈器供電。