[發明專利]全電氣波浪能發電實驗系統

有效

• 申請號: 201810588304.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108806429B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 方紅偉;馮郁竹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種全電氣波浪能發電實驗系統，包括用來模擬點吸收式單自由度波浪發電裝置的模擬電路、異步電動機、永磁同步發電機和控制器，其特征在于，

所述的模擬電路，包括浮子的物理參數單元、浮子與入射波浪相互作用的單元、動力輸出單元(PTO)和連接線部分；

所述浮子的物理參數單元包括：第一電感(L₁)、第一電容(C₁)和第一直流電源(U_S1)；所述的第一電感(L₁)由浮子質量M_b等效，第一電容(C₁)由浮子偏離平衡位置的位移引起靜水力的可變部分ρgS等效，第一直流電源(U_S1)由浮子端受到的彈簧預緊力ρgV_proload等效；

其中，所述第一直流電源(U_S1)的正極性端與第一電容(C₁)的第一端連接；所述第一電容(C₁)第二端與第一電感(L₁)的第一端連接；

所述浮子與入射波浪相互作用單元包括：第一交流電源(u_s1)、第二交流電源(u_s1′)、第二電感(L₂)、第三電感(L₂′)、第一電阻(R₁)、第二電阻(R₁′)；所述第一交流電源(u_s1)由纜繩張緊狀態下入射波對浮子的作用力F_e作為驅動力等效，第二交流電源(u_s1′)由纜繩松弛狀態下入射波對浮子的作用力F_e作為驅動力等效，第二電感(L₂)由纜繩張緊狀態下的附加質量m_a等效，第三電感(L₂′)由纜繩松弛狀態下的附加質量m_a′等效，第一電阻(R₁)由纜繩張緊狀態下的輻射阻尼系數B等效，第二電阻(R₁′)由纜繩松弛狀態下的輻射阻尼系數B′等效；

其中，所述第一交流電源(u_s1)的兩端分別連接第一電感(L₁)的第二端和第二電感(L₂)的第一端；所述第二電感(L₂)的第二端連接第一電阻(R₁)的第一端；所述第一電阻(R₁)的第二端連接第一開關(S₁)；所述第二交流電源(u_s1′)的兩端分別連接第一電感(L₁)的第二端和第三電感(L₂′)的第一端；所述第三電感(L₂′)的第二端連接第二電阻(R₁′)的第一端；所述第二電阻(R₁′)的第二端連接第二開關(S₁′)；從所述的第一直流電源的正極性端引出端口Ⅰ；

所述浮子的動力輸出單元(PTO)包括：第一可變電阻(R₂)、第二電容(C₂)、第三電容(C₃)、第四電感(L₃)、第二直流電源(U_S2)、第三直流電源(U_S3)、第四直流電源(U_S4)；所述的第一可變電阻(R₂)由轉子與定子部分重疊的面積(也稱為有效面積比A_act)等效，第二電容(C₂)由回縮彈簧的彈簧系數k_s等效，第三電容(C₃)由止動彈簧的彈簧系數k_end-stop等效，第四電感(L₃)由轉子質量M_t等效，第二直流電源(U_S2)由轉子端受到的彈簧預緊力F_preload等效，第三直流電源(U_S3)由轉子的重力M_tg等效，第四直流電源(U_S4)由止動彈簧產生的壓縮力k_end-stopu_es等效；

其中，所述第二直流電源(U_S2)的負極性端連接第一直流電源(U_S1)的正極性端；所述第三直流電源(U_S3)的正極性端和第一可變電阻(R₂)的第一端連接第二直流電源(U_S2)的正極性端；所述第四直流電源(U_S4)的正極性端連接第一可變電阻(R₂)的第二端；所述第三電容(C₃)的第一端連接第四直流電源(U_S4)的負極性端；所述第二電容(C₂)的兩端分別連接第三開關(S₂)的和第四電感(L₃)的第一端；所述第四電感(L₃)的第二端連接第四開關(S₃)；從所述第三直流電源(U_S3)的負極性端引出端口Ⅲ；從所述第三電容(C₃)的第二端引出端口Ⅳ；從所述第一可變電阻(R₂)的第二端引出端口Ⅴ；

所述連接線部分作為橋梁連接浮子的物理參數單元、浮子與入射波浪相互作用的單元和動力輸出單元(PTO)三個部分，主要包括第四電容(C₄)；所述第四電容(C₄)由纜繩張緊時建模為彈簧的彈簧系數k_line等效；

其中，所述第一直流電源的負極性端連接第四電容(C₄)的第一端；從所述第四電容(C₄)的第二端引出端口Ⅱ；

所述第一開關(S₁)可以置于端口Ⅱ，表示連接線張緊狀態下的浮子與波浪相互作用的情況；所述第二開關(S₁′)可以置于端口Ⅰ，表示連接線松弛狀態下的浮子與波浪相互作用的情況；所述第三開關(S₂)可以置于端口Ⅱ或端口Ⅲ，分別對應直線發電機轉子在連接線的作用下提升和在轉子重力作用下降落的情況；所述第四開關(S₃)可以置于端口Ⅳ或端口Ⅴ，分別對應轉子壓縮止動彈簧和沒有碰到止動彈簧的情況；第一開關(S₁)、第二開關(S₁′)、第三開關(S₂)和第四開關(S₃)通過連接不同的電路，得到裝置不同的工作狀態。

2.根據權利要求1所述的實驗系統，其特征在于，控制器采用基于自抗擾控制的異步電動機矢量控制算法，并加入除法環節，通過異步電動機轉速、磁鏈、電流閉環實現輸出轉速控制，在電流閉環中，將檢測到的三相電流進行靜止3/2變換和旋轉變換，得到dq坐標系下的定子電流i_sd和i_sq，分別與由轉速調節器和磁鏈調節器輸出的dq坐標系下的參考電流i_sd*和i_sq*比較，通過定子電流勵磁分量調節器和定子電流轉矩分量調節器構成電流閉環控制，四個調節器除磁鏈調節器使用PI調節以外，其余的均采用自抗擾控制器。