波能集群发电网络的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种波能集群发电网络，包括漂浮装置、决策机构及多个发电主体，所述发电主体通过与其对应的所述漂浮装置支撑于水面，所述发电主体具有能够将波能转换为电能的发电机单元、能够获取自身发电信息的传感器单元、能够存储电能的能量存储单元及能够进行通信的通信单元，所述发电机单元与所述能量存储单元连接，且各所述发电主体由所述决策单元协调控制。该发电网络设置多个发电主体，实现了对一定面积水域的波能的面采集，使该水域内的波能能够得到更充分的利用，同时能够保证电能输出总量和电能质量；将多个模块化的发电主体形成一个发电网络，能够灵活配置发电主体，方便发电主体的调整和维护，更加方便扩容。
【专利说明】
波能集群发电网络
技术领域
[0001]本发明涉及电力设备领域，尤其是关于一种应用于水上平台的利用波浪波能发电的发电机及集群发电系统。【背景技术】
[0002]波能作为一种清洁、无污染的可再生能源，分布广阔、能量巨大，日益成为国际能源领域关注的焦点之一。而如何实现波能有效捕获、改善电能质量是波能转换系统目前的研究热点及走向大规模产业化的关键。当前波能发电装置局限于设计与开发基于波能点采集的单体波能发电机构，如:英国Pelamis、丹麦Wave Dragon、荷兰Archimedes Wave Swing 和澳大利亚振荡水柱波能等；日本以兆瓦级“海明号”、“巨鲸号”波能发电船为代表。中国科学院广州能源研究所相继研制成功小型3千瓦岸基波能电站、20千瓦、100千瓦岸式波能实验电站和5千瓦波能发电船。英国设计C-GEN结构15千瓦直驱永磁发电原型机，进行机构优化设计，Vermaak设计并优化一种基于无铁芯双边直线永磁同步波能转换机构，Chau等提出一种适用于低速波能转化的高功率密度波能发电机构。清华大学柴建云教授及团队提出基于横向磁场永磁直线波能发电机，东南大学胡敏强教授及团队分析了基于Halbach永磁阵列圆筒型直线永磁波能发电机的气隙磁场特性;西北工业大学宋保维教授及团队开发小型波能浮标发电系统；中国科学院广州能源研究所游亚戈研究员及团队从理论推导、实验研究、建造和海试等方面详细介绍研建10千瓦漂浮直线永磁同步发电装置。
[0003]虽然波浪总体能量巨大，但由于海洋面积广阔，单点波能平均密度小。而基于单体波能采集仅集中于波浪点位置的能量捕获，采集点外其他能量无法获取;且波能具有周期分布等不确定特征，若未知波浪能流分布信息，单体采集无法确保电能输出质量。
[0004]因此，有必要提供一种新的波能采集系统。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种新的波能集群发电网络。
[0006]本发明提供一种波能集群发电网络，包括漂浮装置、决策机构及多个发电主体，所述发电主体通过与其对应的所述漂浮装置支撑于水面，所述发电主体具有能够将波能转换为电能的发电机单元、能够获取自身发电信息的传感器单元、能够存储电能的能量存储单元及能够进行通信的通信单元，所述发电机单元与所述能量存储单元连接，且各所述发电主体由所述决策单元协调控制。
[0007]各漂浮装置可以共用一个水上平台，各发电主体均设于该水上平台。各漂浮装置也可以有各自的水上平台，该水上平台设于浮子连杆的顶部，各发电主体设于与其对应的水上平台。水上平台位于水面上方。飘浮装置能够随着波浪运动。
[0008]各能量存储单元能够与电网连接。
[0009]所述波能集群发电网络还包括监控平台，所述决策机构设于所述监控平台，各所述发电主体的发电信息通过所述通信单元发送到同一所述决策机构，使各所述发电主体由同一所述决策机构协调控制。各发电主体为集中式设置，自身不决策，由监控平台的决策机构统一决策。
[0010]所述决策机构包括相互独立的多个协调控制器，各所述发电主体具有一所述协调控制器，各所述发电主体的协调控制器、发电机单元、传感器单元、能量存储单元及通信单元连接，各所述发电主体的发电信息按照拓扑网络发送给邻居发电主体。各发电主体为分布式设置，各自决策。各发电主体根据自身的发电信息、邻居发电主体的发电信息及发电目标，由自身的控制器独立决策。
[0011]所述漂浮装置包括浮漂部及浮子连杆，所述浮漂部能够置于所述水面，所述浮漂部设于所述浮子连杆的底部，所述发电主体设于所述浮子连杆的顶部。
[0012]各所述发电主体矩阵分布。发电主体可以有N*M个。
[0013]所述发电机单元是直驱发电机。发电机单元如开关磁阻发电机。
[0014]本发明的有益效果是:1)设置多个发电主体，实现了对一定面积水域的波能的面采集，使该水域内的波能能够得到更充分的利用；2)将多个模块化的发电主体形成一个发电网络，能够灵活配置发电主体，方便发电主体的调整和维护，能够根据波能信息灵活调整发电主体的分布密度和分布位置，更加方便扩容;3)多个模块按协调发电，可以保证发电总量和电能质量。【附图说明】
[0015]图1是本实施方式波能集群发电网络的结构示意图；
[0016]图2是本实施方式波能集群发电网络的协调控制原理示意图。【具体实施方式】
[0017]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0018]如图1所示，一种波能集群发电网络，包括多个漂浮装置1及多个发电主体2,发电主体2通过与其对应的漂浮装置1浮动支撑于水面3,发电主体2包括能够将波能转换为电能的发电机单元G、能够存储电能的能量存储单元E、能够获取发电信息的传感器单元S及能够实现数据通信的通信单元。发电机单元G与能量存储单元E连接，能量存储单元E与电网连接。传感器单元S能够获取发电主体的位置信息、电压信息、电流信息、电能容量信息等发电 fg息。[〇〇19]波能集群发电网络还可以包括决策机构，决策机构根据当前电力供需目标、各发电主体的发电信息和电网能量存储状态，对各发电主体实施协调控制。
[0020]本实施方式中，发电机单元可以通过功率变换器连接能量存储单元，能量存储单元可以通过逆变器连接电网。各发电主体的能量存储单元可以与同一电网连接。水面可以包括江、河、湖、海等水面。
[0021]如图1所示，一种波能集群发电网络，包括多个漂浮装置1、多个发电主体2及决策机构，发电主体2通过漂浮装置1支撑于水面3,发电主体2包括发电机单元G、能量存储单元 E、传感器单元S及通信单元，各发电主体2通过各自的通信单元与同一决策机构信号连接。 传感器单元S将各发电主体的发电信息通过通信单元发送给决策机构，决策单元根据设定的供需目标及反馈的发电信息，协调控制各发电主体。
[0022]本实施方式中，发电主体浮动设于水面，决策机构设于电网监控平台，决策机构可以视为发电主体的上位机。
[0023]本实施方式中，发电主体采用集中式设置，各发电主体不需要独立决策，而由监控平台统一决策。
[0024]如图1所示，一种波能集群发电网络，包括漂浮装置1及多个发电主体2,发电主体2 通过与其对应的漂浮装置1浮动支撑于水面3,发电主体2具有能够将波能转换为电能的发电机单元G、能够存储电能的能量存储单元E、能够获取发电信息的传感器单元S、能够实现数据通信的通信单元及协调控制器C。发电机单元G与能量存储单元S连接，传感器单元S能够获取发电主体的位置信息、电压信息、电流信息和电能容量信息等发电信息。传感器单元 S能够将发电信息按照拓扑网络反馈给自身和邻居发电主体，各协调控制器根据反馈的发电信息，结合发电目标，对自身的发电机单元和能量存储单元进行控制。[〇〇25]本实施方式中，发电主体可以阵列分布于水面，其可以有矩阵分布的N*M个，N和M 通常为不小于2的自然数。各个发电主体通过各自的协调控制器独立决策。
[0026]本实施方式中，波能集群发电网络还可以包括监控平台4,其与各发电主体通信， 能够显示各发电主体及电网的实时状态。
[0027]如图1及图2所示，一种波能集群发电装置，包括多个漂浮装置1及多个发电主体2。 漂浮装置可以包括浮漂部11及浮子连杆12,浮漂部11置于海面上而能够随着海浪上下运动，浮子连杆12的底部与浮漂部11连接。每个发电主体2对应一个漂浮装置，其通过与其对应的漂浮装置支撑于海面。发电主体2包括能够将波能转换为电能的发电机单元G、能够获取发电主体发电信息的传感器单元S、协调控制器C及能够存储电能的能量存储单元E。发电机单元G可以是现有直驱发电机，其具有运动平台，运动平台与对应的浮子连杆的顶部连接，即，该运动平台通过浮子连杆漂浮于海面，浮漂部11随海浪上下运动切割磁力线产生电能。每个发电主体可以通过协调控制器按照拓扑网络将自身发电信息(电压、电流、位置、电能容量信息等)发送给邻居发电主体。集群发电网络结合当前供需目标及电能存储等状态， 为使发电主体有效发电并保证电能品质，对各发电主体实施协调控制。
[0028]波能集群发电网络的分布式协调控制可以采用如图2所示的控制结构。该网络由N 个发电主体组成，每个发电主体的用于协调控制的协调控制器Ci(i = l...N)的控制律由自反馈控制项us,i(xi)和网络层反馈项un,i(xi，xj)( jGNi，Ni表示第i个发电主体能够获得信息的邻居发电主体集合)。所有发电主体之间的通信关系形成信息拓扑网络，各发电主体通过拓扑网络获取邻居发电主体的发电信息。拓扑网络的节点包括发电主体及与其通信的邻居发电主体。
[0029]本实施方式中，波能集群发电网络的发电主体可以形成不同的拓扑网络，对应的， 协调控制所采用的算法可以相同或不同，算法可以采用现有算法或者根据要求设计。
[0030]本实施方式中，波能集群发电网络还可以包括监控平台4,该集群发电网络由监控平台进行实时监控。在该网络工作的某时间段内，N个发电主体中仅一个或少数发电主体能获得监控平台信息处理端发送的网络控制指令。
[0031]本实施方式中，各发电主体可以支撑于同一个水上平台，该水上平台通过多组浮子连杆、浮漂部支撑于海面。各发电主体也可以支撑在与其一一对应的水上平台上。
[0032]本实施方式中，发电机单元可以是直驱发电机，其可以是具有运动平台的直线开关磁阻发电机，也可以是现有的具有圆筒形外壳的圆筒型其它原理的直驱发电机，或者是其它能够将波能转换为电能的发电机。
[0033]本发明波能集群发电网络以网络方式实现区域波能捕获，配合波浪区域分布信息，克服了现有波能单点采集效率低、品质差、采集点外能量无法获取等弊病。发电网络将点采集方式扩展至面采集方式，从而使该区域内波能能够得到充分利用，改善现有单体波能捕获机构无法获取收集点外波能的弊端。当区域波能捕获能够顾及用户需求按需发电， 能够避免对高容量能量存储装置的依赖，同时能够确保电能输出质量。
[0034]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1.一种波能集群发电网络，其特征在于，包括漂浮装置、决策机构及多个发电主体，所 述发电主体通过与其对应的所述漂浮装置支撑于水面，所述发电主体具有能够将波能转换 为电能的发电机单元、能够获取自身发电信息的传感器单元、能够存储电能的能量存储单 元及能够进行通信的通信单元，所述发电机单元与所述能量存储单元连接，且各所述发电 主体由所述决策单元协调控制。2.如权利要求1所述的波能集群发电网络，其特征在于，还包括监控平台，所述决策机 构设于所述监控平台，各所述发电主体的发电信息通过所述通信单元发送到同一所述决策 机构，使各所述发电主体由同一所述决策机构协调控制。3.如权利要求1所述的波能集群发电网络，其特征在于，所述决策机构包括相互独立的 多个协调控制器，各所述发电主体具有一所述协调控制器，各所述发电主体的协调控制器、 发电机单元、传感器单元、能量存储单元及通信单元连接，各所述发电主体的发电信息按照 拓扑网络发送给邻居发电主体。4.如权利要求1所述的波能集群发电网络，其特征在于，所述漂浮装置包括浮漂部及浮 子连杆，所述浮漂部能够置于所述水面，所述浮漂部设于所述浮子连杆的底部，所述发电主 体设于所述浮子连杆的顶部。5.如权利要求1所述的波能集群发电网络，其特征在于，各所述发电主体矩阵分布。6.如权利要求1所述的波能集群发电网络，其特征在于，所述发电机单元是直驱发电 机。
【文档编号】F03B13/14GK105971809SQ201610291109
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】潘剑飞
【申请人】深圳大学