波浪能发电系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种波浪能发电系统及其控制方法。

背景技术：

一般来说，发电的发电方法包括水力发电、火力发电、核能发电等，这种发电方式需要大规模的发电设施。此外，就火力发电而言，由于发电设施需要供应大量的石油或煤炭能源，在目前石油和煤炭资源枯竭的情况下，预计会有许多困难，污染也成为一个大问题。并且，在核能发电的情况下，辐射泄漏和核废料处理成为严重的问题。由于水力发电采用落差水头，需要修建大型大坝，这将导致周围环境发生变化，同时，水力发电也受到环境的约束，如要有水资源丰富的河流为前提才可以修建水坝等。因此，需要比上述一般发电方法更便宜、更安全、更环保的开创性发电方法，其中之一就是能够利用波浪的运动来产生电能的波浪能发电。

人们关注的焦点是利用潮汐范围发电的潮汐发电、利用高流速海水发电的潮汐流发电以及利用波浪的运动来产生电能的波浪能发电。尤其，波浪能发电作为一种基于波浪的不断的运动来产生电能的技术，可以继续产生能量。波浪能发电通过能量转换装置将水粒子的往复运动和由于波浪引起的海平面周期性垂直运动转化为机械旋转运动或轴向运动，然后转化为电能。根据基于波高的一次能量转换方法，波浪能发电方法可以分为多种类型，一种典型的方法是可移动物体式方法，该方法响应于漂浮在水面上的浮标的垂直运动或旋转运动来操作发电机。

可移动物体式方法接收基于波浪的移动而移动的物体(例如，浮标)的运动，将其转换为往复运动或旋转运动，并通过发电机发电，其实例已公开在韩国专利申请公开号第10-2015-00120896号或日本授权专利第5260092号。

然而，由于波浪的特性，只能提供不规则的动能，因此，需要一种可以产生有效的电能的系统和控制方法，其具有可以传递波浪能以可以稳定地产生能量的运动传递部，以及将接收到的动能转换为用于发电的旋转动能的动力转换部。

上述描述已经在构思本公开的过程中被发明人所拥有或获取，并且，不一定是在提出本申请之前公知的技术。

技术实现要素：

要解决的技术问题

根据实施例，可以提供波浪能发电设备的控制系统及方法，其可以提高能量转换效率并具有高度的控制自由度。

在实施例中要解决的问题并不限于上述问题，本领域技术人员可以从下面的描述中清楚地理解本文未提及的其他问题。

解决问题的技术方法

根据用于解决上述技术问题的实施例，波浪能发电系统包括：张力传递构件，其传递由漂浮在波浪上的可移动物体的六自由度运动所产生的动能；动力转换部，其包括连接到所述张力传递构件并产生液压的液压产生部；以及均衡器，其连接到张力传递构件并维持所述张力传递构件的张力。并且，当所述张力传递构件施加张力时，所述动力转换部的所述液压产生部通过所述张力将流体以第一方向流动；当所述张力传递构件未施加张力时，所述液压产生部通过所述均衡器将流体以第二方向流动。

根据一侧，所述动力转换部可以包括：所述液压产生部；所述液压驱动部，其连接到用于产生电力的电力生产部；第一液压电路，其使流体流向所述液压产生部；第二液压电路，其使流体流向所述液压驱动部；以及整流电路，其被设置在所述第一液压电路与所述第二液压电路之间并转换所述流体的方向。当流体在所述第一液压电路中以第一方向流动及以相反的第二方向流动时，所述整流电路可以改变所述流体的流动方向，使得流体在所述第二液压电路中以相同的方向流动。例如，所述整流电路可以包括以电桥形式被布置的多个分支流路，并且，止回阀可以分别设置在多个所述分支流路上。另外，在所述整流电路中彼此相对的分支流路上的止回阀可以被布置在同一方向上，相邻分支流路上的止回阀可以被布置在彼此相反的方向上。

根据一侧，所述液压产生部和所述液压驱动部可以分别是液压马达。

根据一侧，所述第二液压电路在所述液压驱动部的前后可以设置有高压侧蓄压器和低压侧蓄压器。所述第二液压电路可以设置有多个止回阀，在所述液压驱动部的前后可以设置有所述止回阀。

根据一侧，所述均衡器可以包括液压马达、液压泵、液压缸、电动机、气弹簧及机械弹簧中的任一个。

根据一侧，所述张力传递构件可以连接到所述可移动物体的三个部分以上的位置，并且具有多个。

根据一侧，可以具有结合到多个所述张力传递构件的转换体，并且，所述动力转换部可以被设置在所述转换体的一侧，所述均衡器可以被设置在所述转换体的另一侧。多个所述张力传递构件中的每一个可以设置有均衡器，或者多个所述张力传递构件可以连接到一个均衡器。

根据一侧，包括用于提高所述转换体的旋转速度的增速器，所述增速器可以被设置在所述转换体与所述动力转换部之间。在此，所述增速器可以被形成为具有低于预设标准的齿轮比。

并且，根据用于解决上述技术问题的实施例，波浪能发电系统包括：可移动物体，其漂浮在波浪上并随波浪移动；运动传递部，其包括多个张力传递构件，所述张力传递构件连接到所述可移动物体的至少三个部分以上的位置以实现所述可移动物体的六个自由度运动并在一方向上传递所述可移动物体的动能；转换体，其连接到多个所述张力传递构件；均衡器，其被设置在所述转换体的一侧；动力转换部，其被设置在所述转换体的另一侧，由此产生液压；以及电力生产部，其连接到所述动力转换部，并由此产生电力。并且，当拉动所述张力传递构件时，能量被存储在所述均衡器中，所述动力转换部使流体以第一方向流动，由此在所述电力生产部产生电力；当未拉动所述张力传递构件时，所述动力转换部通过存储在所述均衡器中的能量使流体以第二方向流动，由此在所述电力生产部通过多个所述张力传递构件的双向运动来交替地产生电力。

根据一侧，所述动力转换部可以包括：液压产生部，其连接到所述张力传递构件并产生液压；液压驱动部，其连接到所述电力生产部；第一液压电路，其使流体流向所述液压产生部；第二液压电路，其使流体流向所述液压驱动部；以及整流电路，其被设置在所述第一液压电路与所述第二液压电路之间并转换所述流体的方向。当流体在所述第一液压电路中以第一方向流动及以相反的第二方向流动时，所述整流电路可以改变所述流体的流动方向，使得流体在所述第二液压电路中以相同的方向流动。

根据一侧，所述第二液压电路在所述液压驱动部的前后可以设置有高压侧蓄压器和低压侧蓄压器。

根据一侧，所述均衡器可以包括液压马达、液压泵、液压缸、电动机、气弹簧及机械弹簧中的任一个。

并且，根据用于解决上述技术问题的实施例，波浪能发电系统的控制方法包括以下步骤：当通过漂浮在波浪上的可移动物体的六自由度运动向张力传递构件施加张力时，动力转换部使流体以第一方向流动；所述动力转换部的整流电路使以所述第一方向流动的流体流向液压驱动部；当所述张力传递构件未施加张力时，所述动力转换部通过均衡器使流体以第二方向流动；所述整流电路改变以所述第二方向流动的流体的方向，并使流体流向所述液压驱动部；连接到所述液压驱动部的电力生产部通过多个所述张力传递构件的双向运动来交替地产生电力。

发明的效果

如上所述，根据实施例，可以通过使用液压产生部将从动力传递部所传递的能量转换为液压来产生电力，并且，可以缩小动力转换部的大小。

此外，可以在蓄压器中吸收能量，并使用所吸收的能量来操作电力生产部，由此，通过平滑效应，可以恒定地维持电力生产部中产生的电的质量。

此外，整流电路可以起到单向离合器的作用。

根据一实施例的波浪能发电系统及其控制方法的效果并不限于上述效果，本领域技术人员可以通过以下描述清楚地理解其他未提及的效果。

附图说明

本说明书所附的以下附图示出了本发明的优选一实施例，并且用于进一步理解本发明的技术思想以及本发明的详细描述，因此本发明不应被解释为仅限于这些附图中描述的内容。

图1为显示根据一实施例的波浪能发电系统的概念图。

图2及图3为说明图1的波浪能发电系统的配置及操作的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施例进行详细说明。应当注意，在将附图编号添加到各附图的构成要素时，即使相同的构成要素显示在不同的附图上，它们也具有相同的附图编号。此外，在对本发明进行说明的过程中，判断有关公知技术的具体说明，不必要地模糊实施例的要点时，其详细说明给予省略。

并且，在对实施例的构成要素进行说明时，可以使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。然而，上述术语的使用仅作为将该构成要素区别于其他构成要素，并非用于限定相应构成要素的本质、排列或顺序。当说明一个构成要素与其他构成要素“连接”、“结合”或“接触”时，该构成要素可以直接连接或接触于其他构成要素，另一其他构成要素也可以“连接”、“结合”或“接触”到各构成要素之间。

下面，参照图1至图3来说明根据实施例的波浪能发电系统10。图1为显示根据一实施例的波浪能发电系统的概念图；图2及图3为说明图1的波浪能发电系统的配置及操作的框图。

参照附图，波浪能发电系统10被配置为包括可移动物体110、运动传递部120、转换体130、均衡器140及电力生产部160。

可移动物体110漂浮在波浪上并基于波浪的移动在六个自由度上运动。具体地，可移动物体110可以基于波浪的移动沿x、y、z轴执行平移运动(heave、surge、sway)或偏航(yaw)、俯仰(pitch)及翻滚(roll)等旋转运动，由此执行总共六个自由度(6degreeoffreedom)的运动。

例如，可移动物体110可以被形成为漂浮在波浪上并基于波浪的移动而移动，并且可以是浮标。可移动物体110可以被配置为包括形成为可漂浮在波浪上的主体111和与运动传递部120结合的结合部112。

可移动物体110的主体111可以被形成为各种形状，例如，可以是圆盘形或管状，也可以具有其他各种形状，如圆柱体、多边形柱、穹顶形状或圆盘形状。主体111可以通过每种形式、形状、材料、功能、特性、效果及结合关系而被配置为圆盘形状，但并不限于此，也可以被配置为各种形状。此外，主体111的材料只要能够在波浪上漂浮即可，但并不限于此。

结合部112可以被形成为使得运动传递部120结合到主体111，例如，可以被形成为具有360度运动角的球头的形状。结合部112可以被结合使得可移动物体110可以在预定范围内根据波浪的移动在多个方向上自由移动，并结合到主体111的至少三个不同位置以传递可移动物体110的六个自由度运动。然而，这仅仅为一示例，结合部112可以以各种方式结合，其使运动传递部120结合到可移动物体110，使得可移动物体110可以在限定范围内自由移动。另外，结合部112的位置不受附图的限制，只要结合部112的位置可以防止可移动物体110在主体111的不同位置偏离一定范围，同时允许其在一定范围内自由移动，便可以通过各种方式更改。

另外，结合部112具有在主体111的下部垂直形成的隔板的形状。这种结合部112可以垂直于水平面形成，使得可移动物体110可以与波浪的移动一起更积极地移动，并且相应地，当在结合部112上垂直施加波浪力时，可移动物体110可以通过波浪的移动更有效地移动。然而，这仅仅为一示例，结合部112可以被配置为使得可移动物体110可以在所有方向上接收波浪的力，并且，波浪的移动或能量可以被有效地传递到可移动物体110的运动中。

运动传递部120可以包括结合到可移动物体110并被配置为传递可移动物体110的运动的张力传递构件121以及将张力传递构件121固定到海底等的固定构件122。

张力传递构件121将可移动物体110的由波浪的多向运动转换为线性往复运动，由此将张力施加到转换体130。

例如，张力传递构件121具有一定的线的形状，其一端结合到可移动物体110，另一端连接到转换体130。此外，张力传递构件121可以是钢丝、绳索、链条、链轮、皮带等。除此之外，还可以使用用于连接可移动物体110和转换体130并传递可移动物体110的动能的各种装置。

这种张力传递构件121可以与可移动物体110的六个自由度运动联动，并对可移动物体110的所有运动作出反应，因此，张力传递构件121可以最有效地将可移动物体110的运动传递到动力转换部150。另外，张力传递构件121可以在三个部分以上的位置连接到可移动物体110，并防止移动物体110偏离一定范围，同时还允许可移动物体110在一定范围内自由移动，从而传有效地传递可移动物体110的动能。

具体地，当可移动物体110通过波浪的多向力漂浮在海面上，并在某一方向上受到力时，将会拉动受到该力的部分的一张力传递构件121，并通过该张力传递构件121将张力传递到转换体130。并且，当在另一方向上向可移动物体110施加力时，可以拉动在可移动物体110受到该力的部分的张力传递构件121，并通过在该张力传递构件121起到作用的张力将张力传递到转换体130。并且，可移动物体110响应于持续在多方向上施加在可移动物体110上的波浪力而在多方向上移动，并且，连接到可移动物体110的多个部分的多个张力传递构件121将执行往复线性运动。并且，当通过多个张力传递构件121的往复线性运动向转换体130施加张力时，可移动物体110的动能可以以张力的形式传递到转换体130。

固定构件122通过被安装在海底或其他地方来固定张力传递构件121，并还改变张力传递构件121的方向。即，张力传递构件121以固定构件122为中心轴，在一定范围内移动。此外，固定构件122可以沿张力传递构件121的纵向被配置在至少一个部分以上的多个位置，从而固定张力传递构件121，并还可以被配置在用于改变张力传递构件121的方向的位置上，从而改变方向。例如，固定构件122可以包括多个滚柱或滑轮。

转换体131连接到多个张力传递构件121，并具有将张力传递构件121的往复线性运动转换为单向旋转运动的转轴或滚筒的形状。此外，转换体130包括单向离合器(onewayclutch)，其用于将张力传递构件121的往复线性运动转换为单向旋转运动。然而，这仅仅为一示例，能够将张力传递构件121的运动转换为往复旋转运动或往复直线运动的各种装置可以基本上用作转换体130。

转换体130的一侧连接到均衡器140，其另一侧连接到动力转换部150和电力生产部160。并且，用于将转换体130的转速从低速提高到高速的增速器131可以设置在转换体130与动力转换部150之间。增速器131被形成为具有较低的齿轮比，以使转换体130的转速从低速提高到一定的高速。

在此，虽然未示出，但在转换体130和均衡器140之间也可以设置有增速器(未示出)。

另外，由于张力传递构件121具有钢丝等形状，因此当未拉动可移动对象110时，就无法向转换体130施加张力。换言之，基于可移动物体110的移动，当其在一方向上的移动时，张力传递构件被拉动，并向转换体130施加张力；而当其在相反方向上移动时，张力传递构件受到～，未向转换体130施加力。在本实施例中，当张力传递构件121未施加张力时，可以通过均衡器140维持转换体130的张力，以便可以在电力生产部160产生电力。

均衡器140被设置在转换体130的一侧，例如，均衡器140可以是液压马达、液压泵、液压缸、电动机、气弹簧及机械弹簧中的任一个。

具体地，均衡器140将由张力传递构件121施加的张力存储为一定的能量。当张力传递构件121未施加张力时，存储在均衡器140的能量通过转换体130来维持张力传递构件121的张力。例如，如果均衡器140是液压马达、液压泵或液压缸，则以液压形式存储张力；如果均衡器140是电动机，则作为电动机的旋转能量来存储张力；如果均衡器140是气弹簧或机械弹簧，则以弹性能量的形式存储张力；如果均衡器140是飞轮，则以惯性能量存储张力。然而，这仅仅是一示例，实际上可以不同地改变均衡器140的类型。

动力转换部150包括用于产生液压的液压产生部151、连接到电力生产部160的液压驱动部152及被配置为改变流体方向的整流电路530。并且，动力转换部150包括使流体流向液压产生部151的第一液压电路510和使流体流向液压驱动部152的第二液压电路520。

液压产生部151通过由张力传递构件121施加的张力来产生液压。例如，液压产生部151是液压马达。

当张力传递构件121施加张力时(如图2的箭头a所示)，液压产生部151使流体以第一方向流动；当均衡器140施加张力时(如图3的箭头b所示)，液压产生部151使流体以与第一方向相反的第二方向流动。

液压驱动部152可以连接到电力生产部160，当流体沿着第二液压电路520流动时，液压驱动部152可以操作电力生产部160。

在第二液压电路520中，流体仅朝一方向流动，并具有多个止回阀521、522。例如，在第二液压电路520中，止回阀521、522可以被设置在液压驱动部152的前后。

此外，在第二液压电路520中，液压驱动部152的前后设置有高压侧蓄压器523和低压侧蓄压器524。通过设有高压侧蓄压器523和低压侧蓄压器524，当流体在第二液压电路520流动时，可以将能量以流体的压力和体积的形式存储在高压侧蓄压器523，并且，所存储的能量移动到低压侧蓄压器524并操作液压驱动部152，从而可以获得平滑效果。因此，在电力生产部160产生的电力可以具有恒定的质量，并且，可以优化电力生产部160的发电性能。

整流电路530被形成为电桥形式，以改变第一液压电路510和第二液压电路520之间的流体的流向。整流电路530可以用作单向离合器，使得即使流体在第一液压电路510以第一方向和第二方向流动，也可以在第二液压电路510朝一方向流动。

在整流电路530中，连接到第一液压电路510的两个分支流路和连接到第二液压电路520的两个分支流路被形成为矩形，并且，在分支流路上分别设有止回阀531、532、533、534。此外，在整流电路530中，分支流路上的止回阀531、532、533、534被布置在同一方向上，使得可以彼此相对，并且，相邻分支流路上的止回阀531、532、533、534被布置在彼此相反的方向上。通过如上所述将止回阀531、532、533、534布置在整流电路530，如图2及图3所示，可以改变流体的流向。

液压驱动部152驱动电力生产部160，并由此产生电力。

另外，在本实施例中，示出了一个组合示例：多个张力传递构件121连接到一个可移动物体110，并且，一个均衡器140、一个动力转换部150及一个电力生产部160连接到多个张力传递构件121。然而，这仅仅为一示例，也可以单独设置均衡器140、动力转换部150及电力生产部160。

在此，在上述实施例中，示出了波浪能发电系统10以陆上(onshore)的方式被安装，然而，这仅仅为一示例，以离岸(offshore)的方式被安装的系统也可以适用在根据本实施例的波浪能发电系统10。

下面，参照图2及图3来详细描述根据一实施例的波浪能发电系统10的配置及操作。

首先，参照图2，当张力传递构件121施加张力并拉动转换体130时(在附图中以箭头a所示)，连接到转换体130的一侧的均衡器140存储一定的能量，并且，动力转换部150使流体以第一方向流动。

具体地，当拉动张力传递构件121时，转换体130的一方向转速通过增速器131提高到一定的速度以上，并被传递到液压产生部151。

在液压产生部151的高压侧产生的流体在第一液压电路510上沿着箭头h以第一方向流动，通过整流电路530的第二止回阀532流向第二液压电路520。

在第二液压电路520中，流体经由高压侧蓄压器523流向低压侧蓄压器524，因此，电力生产部160通过液压驱动部152产生电力。

并且，流体可以在第一液压电路510上沿着箭头l经由整流电路530的第四止回阀534，流向液压产生部151的低压侧。

在此，当流体以第一方向流动时，阻断流经整流电路530的第一及第三止回阀531、533的流体。

接下来，参照图3，当张力传递构件121未施加张力时，通过存储在均衡器140中的能量以相反的方向拉动转换体130(在附图中以箭头b所示)。

此时，动力转换部150使流体以与第一方向相反的第二方向流动。

具体地，当通过均衡器140向转换体130以b方向施加力时，转换体130的转速通过增速器131提高到一定的速度以上，并被传递到液压产生部151。

此时，液压产生部151的高压侧与图2的高压侧相反，因此流体在第一液压电路510上沿着箭头h以第二方向流动。并且，流体通过整流电路530的第三止回阀533流向第二液压电路520。

在第二液压电路520中，流体经由高压侧蓄压器523流向低压侧蓄压器524，因此，电力生产部160通过液压驱动部152产生电力。

并且，在低压侧蓄压器524中流动的低压侧流体可以在第一液压电路510上沿着箭头l经由整流电路530的第一止回阀531，流向液压产生部151的低压侧。

在此，当流体以第二方向流动时，阻断流经整流电路530的第二及第四止回阀532、534的流体。

根据本实施例，由于液压产生部151和液压驱动部152使用液压马达，因此可以省略用于驱动液压产生部151和液压驱动部152的驱动源，从而可以简化波浪能发电系统10的尺寸及配置。此外，在蓄压器523、534可以以流体的压力和体积的形式存储能量，并操作液压驱动部152，从而可以产生具有平滑效果的功率。由此，可以管理在电力生产部160产生的电力的质量，并优化发电机。

此外，可以通过张力传递构件121的张力和均衡器140来在电力生产部160交替地产生电力。

综上，参考有限的附图与实施例进行了说明，然而，本领域普通技术人员能够根据上述记载进行多种修改及变更。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或说明的构成要素按照与说明的方法不同的形态结合或者组合，或者以其他构成要素或均等物进行替代或置换也能够达到合理的结果。

因此，其他体现，其他实施例及请求范围的等同替代也包括在本发明的权利要求范围。