[發明專利]一種水輪機轉速功率外特性模擬裝置

在審

• 申請號: 201510272334.9
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104935188A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 張理;羅耀華;吳勇虎;張亮;尹豐;李志川
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/156
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

技術領域

本發明涉及一種水輪機的模擬裝置，特別是關于一種用于潮流能發電的水輪機轉速功率外特性模擬裝置。

背景技術

隨著對潮流能發電研究的推廣，各種研究和實驗裝置不斷涌現，其中絕大部分科研單位是在海上進行潮流能電力變換試驗，但是其成本高，效率低，并且實施起來復雜。還有一種是采用水輪機的模擬裝置，其主要是對水輪機透平靜態機械特性、機械慣性時間常數和調速系統以及水錘效應等幾個方面的模擬。但是對于水輪機輸出功率轉速特性，在不同流速及不同槳距角下的功率轉速特性并沒有相應的模擬裝置。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠在實驗室使用并代替水輪機進行實驗的水輪機轉速功率外特性模擬裝置。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種水輪機轉速功率外特性模擬裝置，其特征在于：它包括主電路、三相交流電源、負載、上位機、控制電路和電壓電流檢測電路；所述主電路包括整流電路、濾波電路和Buck-Boost電力變換器，所述三相交流電源通過電源線與所述整流電路連接，所述整流電路將三相交流電整流成脈動直流電后傳輸至所述濾波電路，所述濾波電路對接收到的脈動直流電進行濾波后形成平穩的直流電；平穩的直流電傳輸至所述Buck-Boost電力變換器的輸入端，所述Buck-Boost電力變換器的輸出端連接所述負載；所述上位機通過串口線與所述控制電路連接，所述控制電路通過串口線接收所述上位機發出的流速和槳距角信號；所述控制電路控制所述電壓電流檢測電路對所述負載的電壓值和電流值I_out進行檢測，并將檢測結果反饋給所述控制電路，所述控制電路控制所述Buck-Boost電力變換器的導通和關斷。

所述控制電路包括微處理器、PI調節器和PWM驅動電路，所述微處理器通過串口線與所述上位機連接，接收所述上位機發出的流速和槳距角信號；所述微處理器產生一電壓電流檢測控制信號用于控制所述電壓電流檢測電路對所述負載的電壓值和電流值I_out進行檢測，檢測到的電壓值和電流值I_out反饋給所述微處理器；所述微處理器將電壓值折算成水輪機的轉速，并根據水輪機轉速功率曲線的關系計算得到轉速對應的參考電流值I_ref；所述微處理器將參考電流值I_ref與檢測到的電流值I_out作差，得到的電流差值送入所述PI調節器，所述PI調節器對電流差值進行處理后得到PWM信號，PWM信號通過所述PWM驅動電路控制所述Buck-Boost電力變換器的導通和關斷。

所述Buck-Boost電力變換器包括開關管VT、電感L、二極管VD和電容C，所述開關管VT采用NPN型三極管，所述濾波電路與所述開關管VT的集電極連接，所述PWM驅動電路與所述開關管VT的基極連接，所述電感L與所述開關管VT的發射極連接，所述二極管VD和電容C串聯后與所述電感L并聯，所述負載并聯在所述電容C的兩端。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于包括主電路、三相交流電源、負載、上位機、控制電路和電壓電流檢測電路，主電路包括整流電路、濾波電路和Buck-Boost電力變換器，整流電路將三相交流電整流成脈動直流電后傳輸至濾波電路，濾波電路對脈動直流電進行濾波后形成平穩的直流電并傳輸至Buck-Boost電力變換器的輸入端，Buck-Boost電力變換器的輸出端連接負載；上位機通過串口線與控制電路連接；控制電路控制電壓電流檢測電路對負載的電壓值和電流值I_out進行檢測，并將檢測結果反饋給控制電路，控制電路控制Buck-Boost電力變換器的導通和關斷，使得Buck-Boost電力變換器的輸出電壓和功率特性與水輪機發電裝置的輸出電壓和電流的特性一致，進而實現在不同流速和不同槳距角下的轉速功率外特性輸出；因此本發明能夠在不依賴海洋環境和水輪機本體的情況下，模擬輸出水輪機的轉速功率特性，從而方便在實驗室環境下開展對潮流發電系統的研究。2、本發明由于主電路采用整流電路、濾波電路和Buck-Boost電力變換器構成，Buck-Boost電力變換器包括開關管VT、電感L、二極管VD和電容C，控制電路采用微處理器、PI調節器和PWM驅動電路構成，因此本發明整體結構緊湊、體積小、便于維護。基于以上優點，本發明可以廣泛應用于實驗室環境下潮流發電系統的研究中。

附圖說明

圖1是實際水輪機發電裝置的組成結構示意圖

圖2是本發明水輪機轉速功率外特性模擬裝置的結構示意圖