一种波浪能发电装置电气转换与控制系统

技术领域

本发明属于波浪能发电技术领域，尤其是涉及一种波浪能发电装置电气转换与控制系统。

背景技术

波浪能发电，是通过某种转换装置将波浪的能量转换为机械、气压或液压的能量，然后通过传动机构、汽轮机、水轮机或液压马达等装置驱动发电机进行发电。由于波浪能发电装置的动力来源是波浪，而波浪的运动非常不稳定，导致波浪能发电装置的电能输出不稳定，无法直接利用。

为了有效使用波浪能资源，提高波浪能的转换效率，需要设计符合波浪能发电装置电能输出特性的电控装置。常用的方法是将波浪能发电装置的发电机输出端接入整流电路后，将发电装置输出的交流电转变成直流电，保存入蓄电池组中，供用电设备使用。但是由于波浪能发电装置的运行受波浪影响很大，使得输出电压的波动范围宽、电压特性也较软，带载后压降较大，导致供电不稳，无法连续工作，很多电能特别是电压较低时的输出能量无法使用，直接影响了整体的能量转换效率。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种波浪能发电装置电气转换与控制系统，能够接在波浪能发电装置的电力输出端(发电机输出为三相交流电)，将不稳定的电能转换为稳定的电能，并为负载供电。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种波浪能发电装置电气转换与控制系统，包括：

用于实现波浪能发电装置输入电力的交流转换为直流，并提供反馈控制信号的电气转换电路；

接收电气转换电路输出的直流电能，并进行存储的蓄电池；

将所述蓄电池输出的直流电转换为交流电的逆变器；其中：

所述电气转换电路包括：

整流电路，所述整流电路接收波浪能发电装置的三相交流电，并对上述波浪能发电装置的三相交流转换为直流电并进行升降压和稳压控制；

滤波电路，所述滤波电路接收整流电路输出的直流电，并对直流电进行滤波处理，过滤掉直流电中的交流成分；

反馈控制电路；所述的反馈控制电路根据波浪能发电装置输出功率的变化调整充电功率，优化功率匹配关系，提高波浪能发电装置的电能转换效率。

优选地，所述整流电路的输入端子与波浪能发电装置的三相交流输出端子连接；所述整流电路的输出端子与滤波电路的输入端子连接，所述滤波电路的输出端子通过充电器与蓄电池的输入端子连接；所述反馈控制电路的输入端子与滤波电路输出端子的采样电路连接，所述反馈控制电路的输出端子与功率变换控制器的驱动电路连接。

优选地，还包括数据采集模块和数据采集系统(18)；所述数据采集模块包括：

电压传感器(9)，用于获取发电装置输出电压、整流输出电压、逆变器输出电压；

电流传感器(10)，用于获取发电装置输出电流、整流输出电流、逆变器输出电流。

所述数据采集模块将采集的模拟量信息发送给数据采集系统(18)，数据采集系统将模拟量信息转换为数字量，并通过数据传输模块发送给监控上位机。

优选地，还包括电压取样传感器(7)；所述电压取样传感器(7)用于获取整流电路输出端的电压取样值，所述电压取样传感器(7)的信号输出端子与反馈控制电路的输入端子连接。

优选地，还包括：安装电气转换电路的控制柜(1)、蓄电池和逆变器的母线柜(8)。

优选地，所述控制柜(1)上设置有接线端子和显示屏；所述接线端子包括与波浪能发电装置连接的输入端子、直流电输出端子和交流电输出端子；所述显示屏与数据采集系统(18)的输出端连接。

优选地，所述母线柜(8)上设置有输出接线端子(11)、24V直流开关电源(12)、输入接线端子(13)、48V直流开关电源(14)、逆变器接线开关(15)、蓄电池接线开关(16)、直流母线(17)；其中：

输入接线端子与控制柜的输出接线端子连接；

从控制柜接入的电能会接入母线柜的直流母线上；

逆变器接线开关、蓄电池接线开关、24V直流开关电源和48V直流开关电源分别连接在直流母线上；

逆变器接线开关的输出端子与母线柜的输出接线端子连接，母线柜的输出接线端子与逆变器连接；

蓄电池接线开关的输出端子与蓄电池连接；

24V直流开关电源的输出端子与24V供电设备连接；

48V直流开关电源的输出端子与48V供电设备连接。

优选地，所述整流电路为三相半波桥式整流电路。

优选地，所述滤波电路为电容滤波电路。

优选地，所述反馈控制电路为电压反馈控制电路。

本发明具有的优点和积极效果是：

由于采用上述技术方案，本发明可将波浪能发电装置输出的不稳定交流电进行电力变换后，向负载提供稳定的电力输出。

本发明将各电子模块固定在两个标准的立式电控柜中，分别是控制柜和母线柜，便于方便管控。

电气转换电路包括整流电路、滤波电路和反馈控制电路。可实现将不稳定的交流电转换为稳定的直流电并能有效提高电能转换效率。

所述的母线柜内安装有接线端子、开关、直流母线、电源模块、测量装置和数据采集系统。可实现直流电的汇流、电能存储、供电输出和电力数据采集与传输。

为提高波浪能发电装置的电能转换效率，本发明设计了反馈控制电路，首先，取样传感器会读取整流电压，如果电压偏低，表明波浪能发电装置的输入能量相对不足，如果此时不调整充电功率，就会继续拉低整流电压，使得整流电压过低，无法给蓄电池充电；在加入了反馈电路后，当反馈电路发现整流电压偏低时，会将反馈控制信号输入到控制充电功率核心元件IGBT的驱动电路中去，驱动电路会控制IGBT的占空比，降低输出电流和充电功率，由于P＝UI，当电流和功率同时降低后，电压能够得到稳定，电压恒定，就可以继续向蓄电池充电，从而吸收更多的电能，提高波浪能发电装置在小波浪海况下的电能转换能力，进而提高波浪能发电装置的整体转换效率。

附图说明

图1是本发明优选实施例的结构图；

图2是本发明优选实施例的系统组成图；

图3是本发明反馈电路优选实施例电路图。

图4是本发明控制柜优选实施例的电路图

图5是本发明负载优选实施例的电路图

图6是本发明逆变器优选实施例的电路图

其中：1、控制柜；2、电容滤波器；3、显示屏；4、控制柜接线端子；5、整流器；6、电压反馈控制电路；7、电压取样传感器；8、母线柜；9、电压传感器；10、电流传感器；11、输出接线端子；12、24V直流开关电源；13、母线柜接线端子；14、48V直流开关电源；15、逆变器接线开关；16、蓄电池接线开关；17、直流母线；18、数据采集系统；19、控制柜；20、母线柜；21、负载；22、蓄电池；23、12V和24V直流电源；24、逆变器；25、输出电压取样；26、输出电流取样；27、GND；28、输入电压取样；29、反馈控制器UC3842；30、IGBT驱动器M57962L。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

请查阅图1至图6：

本发明提供一种波浪能发电装置电气转换与控制系统，包括：

用于实现波浪能发电装置输入电力的交流转换为直流，并提供反馈控制信号的电气转换电路；

接收电气转换电路输出的直流电能，并进行存储的蓄电池；

将所述蓄电池输出的直流电转换为交流电的逆变器；其中：

所述电气转换电路包括：

整流电路，所述整流电路接收波浪能发电装置的三相交流电，并对上述波浪能发电装置的三相交流转换为直流电并进行升降压和稳压控制；

滤波电路，所述滤波电路接收整流电路输出的直流电，并对直流电进行滤波处理，过滤掉直流电中的交流成分；

反馈控制电路；所述的反馈控制电路根据波浪能发电装置输出功率的变化调整充电功率，优化功率匹配关系，提高波浪能发电装置的电能转换效率。

所述整流电路的输入端子与波浪能发电装置的三相交流输出端子连接；所述整流电路的输出端子与滤波电路的输入端子连接，所述滤波电路的输出端子通过充电器与蓄电池的输入端子连接；所述反馈控制电路的输入端子与滤波电路输出端子的采样电路连接，所述反馈控制电路的输出端子与功率变换控制器的驱动电路连接。

还包括数据采集模块和数据采集系统18；所述数据采集模块包括：

电压传感器9，用于获取发电装置输出电压、整流输出电压、逆变器输出电压；

电流传感器10，用于获取发电装置输出电流、整流输出电流、逆变器输出电流。

所述数据采集模块将采集的模拟量信息发送给数据采集系统18，数据采集系统将模拟量信息转换为数字量，并通过数据传输模块发送给监控上位机。

还包括电压取样传感器7；所述电压取样传感器7用于获取整流电路输出端的电压取样值，所述电压取样传感器7的信号输出端子与反馈控制电路的输入端子连接。

还包括：安装电气转换电路的控制柜1、蓄电池和逆变器的母线柜8。

所述控制柜1上设置有接线端子和显示屏3；所述接线端子包括与波浪能发电装置连接的输入端子、直流电输出端子和交流电输出端子；所述显示屏与数据采集系统18的输出端连接。

所述母线柜8上设置有输出接线端子11、24V直流开关电源12、输入接线端子13、48V直流开关电源14、逆变器接线开关15、蓄电池接线开关16、直流母线17；其中：

输入接线端子与控制柜的输出接线端子连接；

从控制柜接入的电能会接入母线柜的直流母线上；

逆变器接线开关、蓄电池接线开关、24V直流开关电源和48V直流开关电源分别连接在直流母线上；

逆变器接线开关的输出端子与母线柜的输出接线端子连接，母线柜的输出接线端子与逆变器连接；

蓄电池接线开关的输出端子与蓄电池连接；

24V直流开关电源的输出端子与24V供电设备连接；

48V直流开关电源的输出端子与48V供电设备连接。

所述整流电路为三相半波桥式整流电路。

所述滤波电路为电容滤波电路。

所述反馈控制电路为电压反馈控制电路6。

请参阅图2，本系统主要包括：控制柜电路19、母线柜20、负载21、蓄电池22、12V和24V直流电源23和逆变器24；

请参阅图3，反馈电路包括：输出电流取样端子26；GND27；输入电压取样端子28；反馈控制器UC3842 29和IGBT驱动器M57962L30。

可将波浪能发电装置输出的不稳定交流电进行电力变换后，向负载提供稳定的电力输出。包括：电气转换电路、显示屏、接线端子、开关、直流母线、电源模块、测量装置和数据采集系统，分别安装在两个标准的立式电控柜中(控制柜和母线柜)。

电气转换电路包括整流电路、滤波电路和反馈控制电路。控制柜接线端子4包括波浪能装置的输入端子和直流电输出端子，母线柜接线端子13包括直流电输入端子，12V、24V直流电输出端子和交流电输出端子。开关有交流供电开关、蓄电池接线开关和逆变器接线开关。电源模块包括24V直流电源模块和48V直流电源模块。测量装置包括电压传感器和电流传感器。数据采集系统包括模拟量采集处理模块和数据传输模块。该电气转换与控制系统可实现将波浪能发电装置输出的不稳定交流电转换为稳定的直流电，并且采用了新型的反馈控制技术，通过控制输出电流的大小来稳定输入电压，可有效提高波浪能发电装置的电能输出，提高能量转换效率。具有适应广泛、运行稳定、可靠性高的特点。

控制柜内安装有电气转换电路、显示屏3和控制柜接线端子4。母线柜内安装有母线柜接线端子、开关、直流母线、电源模块、测量装置和数据采集系统。两个柜子通过接线端子连接。控制柜内的电气转换电路包括整流电路、滤波电路和反馈控制电路，可实现波浪能发电装置输入电力的交流-直流变换并提供反馈控制提高电能转换效率；显示屏可显示实时运行情况，包括当前的输入电流、电压和输出电流、电压；接线端子上有电力输入接线端子和输出接线端子，电力输入接线端子接波浪能发电装置，输出接线端子接母线柜。母线柜内的接线端子有控制柜的输入接线端子、直流母线接线端子、电源模块接线端子和其他发电装置电力输入接线端子(预留)；开关有交流供电开关、蓄电池接线开关和逆变器接线开关，蓄电池接线开关可将蓄电池接入系统，把系统产生的电能进行存储，逆变器接线开关可将逆变器接入系统，将直流电转换为可使用的标准交流电，交流供电开关可向外提供标准的220V和380V交流电；直流母线通过接线端子将系统的所有直流电进行汇流；电源模块包括24V直流电源模块和48V直流电源模块，可对外输出24V和48V直流电；测量装置包括电压传感器和电流传感，可采集波浪能发电装置和其他电力输入的电压和电流，输出为模拟量；数据采集系统包括模拟量采集模块和数据传输模块，模拟量采集模块会将电压、电流传感器输出的模拟量转换为数字量，通过数据传输模块发送给监控上位机。

所述的电气转换与控制系统的电能来源是海上波浪能发电装置提供的电力输入。

所述的整流电路为三相半波桥式整流电路。

所述的滤波电路为电容滤波电路。

所述的反馈控制电路为电压反馈控制电路。

工作原理：

当波浪能发电装置的发电机输出三相交流电后，通过控制柜1的接线端子4，接入到电气转换电路中，分别通过整流器5、电容滤波器2和电压反馈控制电路6，进行交流-直流变换、升降压和反馈控制操作，将输入的交流电压变换为可向蓄电池组充电的直流电，再经过接线端子，接入到母线柜8的输入接线端子13中。母线柜通过直流母线(17)将直流电进行汇集，通过蓄电池接线开关16可将电能存储到蓄电池中，通过逆变器接线开关15，将直流电转换为标准的220V和380V交流电，再通过输出接线端子11向交流负载供电，24V直流开关电源12和48V直流开关电源14都连接在直流母线上，可向直流负载供电。在母线柜中安装有多个电压传感器9和电流传感器10，可采集多处的电压、电流值，将采集的模拟量结果发送给数据采集系统18，数据采集系统会将电压、电流传感器输出的模拟量转换为数字量，并通过数据传输模块发送给监控上位机。

波浪能电气转换与控制系统的升降压和稳压控制是通过改变整流器5中IGBT开关器件的占空比来实现的，当调大占空比时会升压，反之减小占空比则会降压。系统的直流母线17电压由蓄电池组的电压决定，如果波浪能发电装置的输入能量不足，则输入电压会被负载拉低，反馈电路会读取输出电压取样25的值，接入到反馈控制器UC3842 29中，反馈控制器UC3842经过计算后将结果发送给IGBT驱动器M57962L 30中，进而更改IGBT的占空比，减小输出电流和输出功率。由于电功率P＝UI，当I降低，P降低后，U就可以保持恒定，可继续给蓄电池组充电。大大缓解由于输入能量过低导致无法向蓄电池充电的情况，有效利用海洋可再生能源。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。