变桨控制系统、方法及潮流能发电机组与流程

本发明涉及潮流能发电技术领域，具体而言，涉及一种变桨控制系统、方法及潮流能发电机组。

背景技术

随着经济高速发展，整个社会对能源的需求度不断提高，海洋能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，其中潮流能发电是海洋能应用相对比较成熟的分支，我国海岸线曲折漫长，其蕴藏着丰富的潮流能资源，以大潮最大流速为指标对我国沿岸潮流能资源进行区分，我国可分为约130个水道，其潮流能资源平均理论总功率为1396×104kw，具备大型化和商业化应用的前景。但是现有的潮流能发电系统还存在一些不足，因此需要进一步地改进潮流能发电相关设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种变桨控制系统、方法及潮流能发电机组。

本发明实施例提供的一种变桨控制系统，包括：

安装在桨叶上的监测传感器；

变桨控制器，用于获取所述监测传感器检测到的桨叶数据，并将所述桨叶数据传输给安全策略控制器；以及

所述安全策略控制器，用于根据所述桨叶数据及当前潮流数据进行计算得到所述桨叶的安全转动范围，以将所述安全转动范围发送给所述变桨控制器，以控制桨叶的转动。

本发明实施例还提供一种变桨控制方法，应用于变桨控制系统，所述变桨控制系统包括：监测传感器、变桨控制器、以及安全策略控制器；所述变桨控制方法包括：

所述监测传感器检测桨叶的桨叶数据；

所述变桨控制器获取所述监测传感器检测到的桨叶数据，并将所述桨叶数据传输给安全策略控制器；

所述安全策略控制器根据所述桨叶数据及当前潮流数据进行计算得到所述桨叶的安全转动范围，以将所述安全转动范围发送给所述变桨控制器，以控制桨叶的转动。

本发明实施例还提供一种潮流能发电机组，包括：

桨叶；

控制所述桨叶转动的电机，所述电机带动所述桨叶在0-360°范围内转动；以及，

上述的变桨控制系统；

所述变桨控制系统用于当需要控制发电时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在在第一角度范围内动作；当需要收桨时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在第二角度范围内进行收桨。

与现有技术相比，本发明实施例的变桨控制系统、方法及潮流能发电机组，通过设置所述监测传感器可以检测桨叶数据，并将桨叶数据发送给所述安全策略控制器进行计算，可以计算得到桨叶的安全转动范围，可以不限制桨叶在特定角度范围内转动的条件下，能够保证发电时，所述桨叶在安全范围内转动，使用潮流能能够更好地被利用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的变桨控制系统的示意图。

图2为本发明实施例提供的变桨控制系统的安全系统的拓扑结构示意图。

图3为本发明另一实施例提供的变桨控制系统的示意图。

图4为本发明实施例提供的变桨控制方法的流程图。

图标：100-监测传感器；200-变桨控制器；300-安全策略控制器；400-主控制器；500-电机；600-漏液检测装置；700-报警装置；800-监控装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的变桨控制系统的示意图。本实施例中的变桨控制系统应用在潮流能发电机组上。所述潮流能发电机组包括桨叶。本发明实施例中的变桨控制系统包括：监测传感器100、变桨控制器200及安全策略控制器300。

所述监测传感器100安装在所述桨叶上，用于检测所述桨叶在采集潮流能时，所述桨叶的偏转角度。

所述变桨控制器200用于获取所述监测传感器100检测到的桨叶数据，并将所述桨叶数据传输给安全策略控制器。进一步地，所述变桨控制器200还用于控制与所述桨叶连接的电机500，以使所述电机500控制桨叶的转动。

所述安全策略控制器，用于根据所述桨叶数据及当前潮流数据进行计算得到所述桨叶的安全转动范围，以将所述安全转动范围发送给所述变桨控制器200，以控制桨叶的转动。

进一步地，所述安全策略控制器300用于根据接收到的潮流数据、桨叶数据计算得到桨叶的安全转动范围，或者当前桨叶是否在安全状态中。详细地，所述安全策略控制器300根据接收到的潮流数据可以计算得到潮流流速，然后将所述潮流流速与所述桨叶所能够承受的最大流速进行对比以进一步地计算所述桨叶的安全转动范围。详细地，所述最大流速可以是预先存储在所述安全策略控制器300中。

所述变桨控制系统用于潮流能发电机组，所述潮流能发电机组可包括主控制器400，所述主控制器400可用于获取潮流数据，并将所述潮流数据发送给所述安全策略控制器300。

进一步地，本实施例中的所述桨叶可在0-360°范围内转动。

在一个实例中，可以设定正向来流的顺桨角度是0°，当需要增加捕获能量，则需要增加桨叶的角度，当桨叶的角度在90°时，是顺向来流捕获能量最多的角度。当逆向来流时，桨叶为180°时逆向来流的顺桨位置；当需要增加捕获能量，则需要增加桨叶的角度，当桨叶的角度在270°时，是逆向来流捕获能量最多的角度。在正向来流时，相当于在0°和90°进行功率调节；逆向来流时，相当于在180°和270°之间进行功率调节。在其它实例中，所述潮流的方向可能不是与上述正向来流的方向重合，可能会有一定角度的便移时，例如，偏移10°时，桨叶的角度在90°则不是来流捕获能量最多的角度，桨叶的角度在100°是来流捕获能量最多的角度。

例如，所述潮流流速小于所述最大流速时，所述桨叶在0-360°范围内都是安全的。再例如，所述潮流的流速大于所述最大流速时，则需要计算得到所述桨叶的安全角度范围，并将所述安全角度范围发送给所述变桨控制器200，所述变桨控制器200控制所述桨叶在所述安全角度范围内转动。

本实施例中，所述监测传感器100包括：位置传感器和限位开关。

所述位置传感器用于检测所述桨叶的转角数据。

所述限位开关用于限定所述桨叶的转动角度。所述限位开关用以限定所述桨叶的运动极限位置的电气开关。

本实施例中，所述桨叶数据可以是由所述转角数据。

在一种实施方式中，所述变桨控制器200与电机500连接，电机500控制所述桨叶转动。

所述电机500上可以安装有编码器和/或旋转变压器。

进一步地，所述编码器和旋转变压器也可以安装在桨叶上。

所述编码器和所述旋转变压器可以用于测量所述桨叶的位置数据及转动数据。

所述编码器可以是绝对值编码器。所述绝对值编码器或所述旋转变压器可以将桨叶的实时位置传给所述变桨控制器200。所述变桨控制器200将所述监测控制器测试得到的桨叶数据与所述绝对值编码器或所述旋转变压器传输的桨叶的实时位置进行对比，以判断所述监测传感器100检测的桨叶数据是否准确。

在一种实施方式中，可以在每个桨叶上安装多个位置传感器和多个限位开关。例如，每个桨叶可以安装有两个位置传感器(10°和100°)和两个限位开关(90°和270°)。所述多个位置传感器和多个限位开关将桨叶的桨叶数据传输给所述变桨控制器200，所述变桨控制器200将所述桨叶数据发送给所述安全策略控制器300。

上述实施方式中，通过在电机500上设置采用绝对值编码器、旋转变压器位得到电机500当前的转动位置以进一步地得到桨叶的当前位置；然后，通过位置传感器和限位开关等多种位置冗余监测得到桨叶的桨叶数据；将绝对值编码器、旋转变压器读取到的数据与所述桨叶数据进行对比校正以确保获得的桨叶数据准确。进一步地，所述安全策略控制器300通过所述桨叶数据和当前的潮流数据计算得到桨叶的安全转动范围，根据所述安全转动范围生成的控制指令，所述变桨控制器200根据所述控制指令控制桨叶的转动，确保机组在全角度运行时位置的安全。

本实施例中，所述变桨控制系统还包括：滑环，用于建立所述变桨控制器200与所述主控制器400之间的通信。

所述滑环，也可以称为旋转电气接口、电气旋转关节，可用于任一要求无限制连续旋转时从固定结构到旋转结构传输电源和数据信号的电统中。

所述变桨控制器200通过滑环与所述主控制器400进行通讯，滑环具备多通道冗余设计可以支持多种不同总线通讯协议(如canopen，profibus等)，并支持多通道同时工作。所述变桨控制器200可以设置了无线通讯系统，其支持蓝牙和wifi方式，具备高传输抗干扰的特点；多种冗余通讯可以大大提高变桨控制器200等设备运行的可靠性。

所述变桨控制系统应用于潮流能发电机组，所述潮流能发电机组包括轮毂，其中，所述变桨控制器200安装在所述轮毂内。如图3所示，所述变桨控制系统还包括：漏液检测装置600及报警装置700。

所述报警装置700用于当所述漏液检测装置600检测到所述轮毂内有液体进入时，发出报警信号。

进一步地，当所述轮毂进水时，所述变桨控制器200控制所述桨叶顺桨停机。可以使所述变桨控制系统损失降到最低。

进一步地，所述变桨控制系统还包括通信模块，当所述轮毂进水时，所述通信模块向指定终端发送通知消息。所述指定终端可以是相关的工作人员的手机号关联的终端。以使运维人员能够第一时间发现并相应，减少所述变桨控制系统的损失。

本实施例中，如图3所示，所述变桨控制系统还包括：安装在所述轮毂内的监控装置800，用于采集轮毂内部的图像数据，并将所述图像数据发送给目标终端，以使所述目标终端显示。所述图像数据可以是图片，也可以是视频数据。

所述监控装置800可以是全角度红外高清视频监控系统。本实施例中的变桨控制系统可以设置全角度红外高清视频监控系统，可以无死角的采集轮毂内部的高清视频数据，运维人员可以实时监控轮毂内的设备运行情况，在发生故障时第一时间做出反应，降低机组的损失。

本实施例中，所述变桨控制系统还包括：备用供电系统，所述备用供电系统用于在原供电系统故障时，为所述监测传感器100、所述变桨控制器200供电。进一步地，所述备用供电系统还可以为电机500供电。

所述变桨控制系统设置所述备用供电系统，所述备用供电系统可以是电池、超级电容等供电设备。在一种实施方式中，所述备用供电系统可以是超级电容。所述变桨控制系统在正常状态时采用市电进行变桨等操作，在市电出现故障时采用所述备用供电系统作为备用能量可以将桨叶顺回安全位置使变桨控制器200安全停机。

本实施例中，所述备用供电系统的容量根据载荷计算进行选择，可以足够完成多次顺桨，在一次不能顺桨成功的情况下，所述备用供电系统仍具备足够能量可以继续顺桨，以确保所述桨叶能够达到顺桨位置，提升潮流能发电机组的安全性。

采用独立于控制系统之外的安全系统，确保在控制器出现问题时，仍可安全停机，提升机组安全性能

本实施例中，如图2所示，所述变桨控制系统还包括：安全系统，所述安全系统与所述变桨控制器200连接，用于当所述变桨控制器200出现故障时，控制所述变桨控制器200停机。

详细地，如图2所示，所述变桨控制器200分别控制一个电机500，第一变桨控制器控制第一电机，第二变桨控制器控制第二电机。所述第一变桨控制器由继电器k1控制运动或停止，所述第二变桨控制器由继电器k2控制运动或停止。例如，当所述第一控制器出现故障时，第一继电器k1控制第一触点ct1断开，从而使所述第一控制器和第二控制器断开；当所述第二控制器出现故障时，第二继电器k2控制第二触点ct2断开，从而使所述第一控制器和第二控制器断开。所述安全系统包括第三继电器k3和第四继电器k4，用于在其它情况下控制所述第一变桨控制器和第二变桨控制器停机。例如，当所述潮流能发电机组的其它部件出现故障时，第三继电器k3控制第三触点ct3断开，从而使所述第一变桨控制器断开，从而使所述第一控制器停机；第四继电器k4控制第四触点ct4断开，从而使所述第二变桨控制器断开，从而使所述第二控制器停机。进一步地，所述第一变桨控制器与所述第二变桨控制器连向同一目标线路，所述安全系统通过图示中的轮毂安全链连向所述目标线路，从而实现所述安全系统与所述第一变桨控制器与所述第二变桨控制器连接。在一个实例中，可以向所述轮毂安全链输入24v的直流电。

本实施例中的变桨控制系统设置有独立于所述变桨控制器200以外的安全系统，采用独立硬件连接，具备主控和变桨独立备份及检测功能，在所述变桨控制器200出现死机的问题时，安全系统依然可以控制变桨控制器200进行安全停机操作，从而可以提高潮流能发电机组的安全性。

本发明实施例的变桨控制系统，通过设置所述监测传感器可以检测桨叶数据，并将桨叶数据发送给所述安全策略控制器进行计算，可以计算得到桨叶的安全转动范围，可以不限制桨叶在特定角度范围内转动的条件下，能够保证发电时，所述桨叶在安全范围内转动，使用潮流能能够更好地被利用。

本发明实施例提供一种潮流能发电机组，包括：桨叶、电机、变桨控制系统。

所述电机控制所述桨叶转动，所述电机可以带动所述桨叶在0-360°范围内转动。

本实施例中的变桨控制系统与上述变桨控制系统实施例中的变桨控制系统类似，关于本实施例中的变桨控制系统其它细节可以参考上述实施例中的描述，在此不再赘述。

所述变桨控制系统用于当需要控制发电时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在在第一角度范围内动作；当需要收桨时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在第二角度范围内进行收桨。

本实施例中，潮流能发电机组可以采用多桨叶结构，变桨控制系统根据驱动桨叶数量的不同可以采用多个独立的驱动控制系统。

本实施例中，所述变桨控制系统用于当需要控制发电时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在在0-90°或180-270°内动作；当需要收桨时，通过控制所述电机以控制所述桨叶在90-180°或270-360°内进行收桨。

当然，所述潮流方向不是所述桨叶处于0°或者180°两个方向时，所述第一角度范围可以不同于0-90°或180-270°，例如，所述潮流方向是所述桨叶处于10°或者190°两个方向时，所述第一角度范围可以是10-100°或190-280°。

本实施例中，所述桨叶采用全角度设计，可以在0-360°范围内进行变桨，以应对不同的潮流变化，可以更好的利用潮流能，提高发电效率和利用率。

本发明实施例的潮流能发电机组，通过设置所述监测传感器可以检测桨叶数据，并将桨叶数据发送给所述安全策略控制器进行计算，可以计算得到桨叶的安全转动范围，可以不限制桨叶在特定角度范围内转动的条件下，能够保证发电时，所述桨叶在安全范围内转动，使用潮流能能够更好地被利用。

请参阅图4，是本发明实施例提供的应用于图1所示的变桨控制系统的变桨控制方法的流程图。下面将对图4所示的具体流程进行详细阐述。

步骤s101，监测传感器检测桨叶的桨叶数据。

步骤s102，变桨控制器获取所述监测传感器检测到的桨叶数据，并将所述桨叶数据传输给安全策略控制器。

步骤s103，所述安全策略控制器根据所述桨叶数据及当前潮流数据进行计算得到所述桨叶的安全转动范围，以将所述安全转动范围发送给所述变桨控制器，以控制桨叶的转动。

本实施例中的桨叶采用全角度设计，可以在0-360°范围内变桨以应对不同的潮流变化和其他情况；当正常发电状态时，潮流流向随时间双方向周期性变化，变桨系统驱动桨叶在0-90°和180-270°动作，保证机组跟踪最佳功率曲线状态，获取最大的潮流能能量捕捉，达到最优的发电效率；当停机或遇到紧急情况时，变桨系统根据实际状态信息，控制桨叶在90-180°和270-360°之间进行安全策略收桨，控制桨叶按照小载荷曲线收桨至安全位置，进行潮流能流体阻力刹车，确保机组安全快速停机。

关于本实施例中的其它细节可以进一步地参考上述变桨控制系统或潮流能发电机组实施例中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例的变桨控制方法，通过设置所述监测传感器可以检测桨叶数据，并将桨叶数据发送给所述安全策略控制器进行计算，可以计算得到桨叶的安全转动范围，可以不限制桨叶在特定角度范围内转动的条件下，能够保证发电时，所述桨叶在安全范围内转动，使用潮流能能够更好地被利用。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。