一种双向发电的潮流能发电机组及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双向发电的潮流能发电机组及其系统，属于潮流能发电领域。包括机组主控系统、海流计及依次连接的变桨系统、主轴、齿轮箱、发电机和与变流器；海流计用于测量潮流流向，并反馈给主控系统，主控系统用于根据潮流流向和预设的变桨策略进行变桨控制；变桨系统包括桨叶，主控系统与变桨系统连接，用于控制桨叶角度使桨叶正面对准潮流流向；变流器配有双向控制器，双向控制器具有正、反向状态机，用于根据涨潮、退潮时发电机放入正、反转输出进行自动调整状态。本发明专利技术通过海流计测量涨潮、退潮的潮流能流向，通过变换桨叶的角度，配合双向控制器，形成上流向发电状态与下发电状态，实现对潮流能的双向捕捉，叶轮利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种双向发电的潮流能发电机组及其系统
本专利技术涉及潮流能发电机组领域，特别是涉及一种双向发电的潮流能发电机组及其系统。
技术介绍
潮流能发电在新能源发电领域中已成为新的组成部分，大规模的潮流能发电运行将会在未来成为新能源的补充。而我国海岸线比较长，有着丰富的潮流能量，在石化能源日益紧张的今日，潮流能将突显新能源重要的组成作用。目前我国潮流能还多处于研究状态，实际的潮流能方式并未真正广泛应用，各种潮流能发电装置多处于技术探索和理论样机试验阶段；因此潮流能发电的研究将有重要意义。目前进入试验阶段或设计阶段的机组，大部分秉承“水下风机”的概念，采用类似于风电机组机舱的结构，并对机舱进行整体密封。部分设计受水轮机结构影响，采用两个单向定桨距水轮作为潮流能的捕获装置。整体密封结构的机舱舱体体积大，由于内部部件不具有独立水下防护结构，对密封的要求也较高，大尺寸机舱整体密封及结构成型技术难度大。定桨距机组在虽然实现了双向潮流能的捕捉，但机组叶轮利用率仅有50％，体积大，传动结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够双向捕获潮流能、且机组叶轮利用率高的能双向发电的潮流能发电机组及其系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种双向发电的潮流能发电机组，包括机组主控系统、海流计及依次连接的变桨系统、主轴、齿轮箱、发电机和与变流器；所述海流计用于测量潮流流向，并反馈给主控系统，所述主控系统用于根据潮流流向和预设的变桨策略进行变桨控制；所述变桨系统包括桨叶，所述主控系统与变桨系统连接，用于控制桨叶角度使桨叶正面对准潮流流向；所述变流器配有双向控制器，所述双向控制器具有正、反向状态机，用于根据涨潮、退潮时发电机放入正、反转输出进行自动调整状态。进一步地，所述桨叶可沿其叶根部几何轴线的360°旋转变桨用于对潮流能进行双向捕捉。进一步地，所述桨叶的数量至少为两个，在同一平面内等角度设置。进一步地，桨叶采用具有航空发动机翼型的外形。进一步地，所述发电机为永磁同步发电机。进一步地，所述变流器为具有四象限运行功能的全功率变流器；和/或，所述主轴为金属空心轴；和/或，所述齿轮箱为增速齿轮箱。进一步地，还包括安全系统，用于检测危及机组安全运行的信号并根据检测信号控制机组是否停机。进一步地，还包括故障监控系统，用于对潮流发电机组的桨叶旋转、发电过程中的故障监测并反馈给主控系统。进一步地，还包括用于安装变桨系统及其桨叶的轮毂，所述轮毂的末端与所述主轴连接；所述叶片与轮毂间、轮毂与主轴、主轴与齿轮箱、齿轮箱与发电机间均设有密封结构。进一步地，还包括安装潮流能发电机组水下部分的海上平台，所述海上平台上设有升降平台，用于升降潮流能发电机组的水下部分。进一步地，所述全功率变流器安装在水上平台上，所述水上平台上还设置有风速仪风向标。进一步地，所述主控系统包括与海流计连接的分析模块，所述分析模块用于根据主轴旋转方向、转速及海流计测量数据准确评估潮流流向，所述分析模块采用多项式结合双向判断策略进行拟合计算。另一方面，提供一种双向发电的潮流能发电机组的控制系统，包括桨叶360°变桨策略、潮流流向双向判断策略、双向控制策略和/或转矩控制策略及及存储用于实现相应策略的计算机程序的存储介质。由于采用上述技术方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)本专利技术根据海水潮汐现象采用双向控制方式，配合转矩控制、360度智能变桨等技术，实现了对海水潮汐能源的双向捕捉，在机组整体效率、体积及潮流能利用率上，优于目前单向定桨控制，可以更好地捕获潮流能，实现能量高效利用。(2)本专利技术的潮流能发电机组结构简单，体积较小，可根据需要采用分布式设置，单台或多台机组接入区域配电网络，解决海岛、沿海偏远地区、海上作业平台等对电力有需求但单独架设供电网络费用高、技术难度大的问题。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术的双向潮流能发电机组在涨潮状态下的工作原理示意图；图2是本专利技术的双向潮流能发电机组在退潮状态下的工作原理示意图；图3是本专利技术的双向潮流能发电机组的工作流程示意图；图4是本专利技术的双向潮流能发电机组的双向判断及转矩控制逻辑示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术提供一种双向潮流能发电机组的的实施例，可以在涨潮、退潮双向捕捉潮流能，如图1至图4所示，包括机组主控系统、海流计5及依次连接的变桨系统、主轴2、齿轮箱3、发电机4和与变流器7；海流计5用于测量潮流流向，并反馈给主控系统，主控系统用于根据潮流流向和预设的变桨策略进行变桨控制；变桨系统包括桨叶1，主控系统与变桨系统连接，主控系统将控制策略传递给变桨系统，用于控制桨叶1角度使桨叶正面对准潮流流向；变流器7配有双向控制器，双向控制器具有正、反向状态机，用于根据涨潮、退潮时发电机放入正、反转输出进行自动调整状态。本专利技术在使用时，考虑到潮流能方向一般只有两个方向(涨潮或退潮)，通过海流计的测量反馈给主控系统，主控系统通过判断潮流能的流向，并根据预设的变桨策略控制变桨系统，调整桨叶变换角度，使桨叶正面对准涨潮或退潮的潮流流向，保证桨叶能够在机组设计的功率及载荷范围内，最大程度吸收潮流能，变桨系统通过主轴将吸收的潮流能能量传递给齿轮箱，发电机将齿轮箱传递的机械能转化为电能，通过变流器输出给电网，变流器配有双向控制器，双向控制器具有正、反向状态机，可根据涨潮、退潮时发电机正、反转输出的三相电能相序不同，自动调整状态，保证向电网输出电能的相位、相序、频率始终与电网相同。变流器可通过控制发电机电磁转矩，来控制发电机与桨叶转速，从而将桨叶转速控制在安全范围内。本专利技术通过海流计测量涨潮、退潮的潮流能流向，通过变换桨叶的角度，配合双向控制器，形成上流向发电状态与下发电状态，实现对潮流能的双向捕捉，叶轮利用率高，利用率甚至接近100％。为了良好的完成变桨系统的指令，桨叶1可沿其叶根部几何轴线的360°旋转变桨用于对潮流能进行双向捕捉。进一步地，桨叶1的数量可以至少为两个，在同一平面内等角度设置，桨叶数量根据机组需求设定，优选桨叶数量为2个时，在轮毂上同一平面内间隔180度对称布置；采用2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，包括机组主控系统、海流计及依次连接的变桨系统、主轴、齿轮箱、发电机和与变流器；所述海流计用于测量潮流流向，并反馈给主控系统，所述主控系统用于根据潮流流向和预设的变桨策略进行变桨控制；所述变桨系统包括桨叶，所述主控系统与变桨系统连接，用于控制桨叶角度使桨叶正面对准潮流流向；所述变流器配有双向控制器，所述双向控制器具有正、反向状态机，用于根据涨潮、退潮时发电机放入正、反转输出进行自动调整状态。

【技术特征摘要】
1.一种双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，包括机组主控系统、海流计及依次连接的变桨系统、主轴、齿轮箱、发电机和与变流器；所述海流计用于测量潮流流向，并反馈给主控系统，所述主控系统用于根据潮流流向和预设的变桨策略进行变桨控制；所述变桨系统包括桨叶，所述主控系统与变桨系统连接，用于控制桨叶角度使桨叶正面对准潮流流向；所述变流器配有双向控制器，所述双向控制器具有正、反向状态机，用于根据涨潮、退潮时发电机放入正、反转输出进行自动调整状态。2.根据权利要求1所述的双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，所述桨叶可沿其叶根部几何轴线的360°旋转变桨用于对潮流能进行双向捕捉；和/或，所述桨叶的数量至少为两个，在同一平面内等角度设置；和/或，所述桨叶采用具有航空发动机翼型的外形。3.根据权利要求1所述的双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，所述发电机为永磁同步发电机。4.根据权利要求1所述的双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，所述变流器为具有四象限运行功能的全功率变流器；和/或，所述主轴为金属空心轴；和/或，所述齿轮箱为增速齿轮箱。5.根据权利要求1至4任一所述的双向发电的潮流能发电机组，其特征在于，还包括安全系统，用于检测危及机组安全运行的信号并根...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚景春，袁凌，原美琳，刘金鹿，汪正军，王峰，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11