[发明专利]一种适用于湖泊的波浪发电装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于湖泊的波浪发电装置及其控制方法，具体说是一种带有PID-内模优化控制算法的自适应波浪发电装置。

背景技术

近年来，随着社会的进步和科学技术的飞跃式发展，世界上的煤炭、石油和天然气能源已被人类大量消耗。面对能源稀缺，许多国家和地区之间经常发生摩擦矛盾，甚至不惜动用战争手段进行能源争夺。于是人类开始思考寻求可再生的、清洁的能源，用以解决世界的能源危机。波浪能、潮汐能属于太阳能的范畴，海洋、湖泊中蕴藏着异常丰富的波浪能。波浪能是一种可再生的、清洁的能源。真正地利用波浪进行发电技术的规模开发和研究，始于上世纪70年代末。虽然波浪能发电技术成本较高、规模较小，但其在特殊情况下的应用不容忽视。其中，湖泊中的小功率用电设备，譬如航标灯等使用电网供电比较困难，成本也非常高，若能通过波浪发电完成对航标灯的供电将十分实用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于湖泊的波浪发电装置及其控制方法；能够实现湖泊波浪能的利用，同时将PID-内模优化控制和波浪发电装置有机地结合起来，有效地消除波浪发电装置运行过程中的各种干扰影响，提高波浪发电装置运行的稳定性、鲁棒性和快速动态响应能力，进而提高波浪能转换成电能的效率；可适用于譬如航标灯的供电等。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于湖泊的波浪发电装置，包括支架、垂直浮筒、永磁圆筒直线发电机和蓄电池，永磁圆筒直线发电机的电能输出端接入蓄电池的充电端；所述支架上设置有动机安装平台，在动机安装平台上设置有通孔，在动机安装平台的上方固定有密封罩；所述永磁圆筒直线发电机包括定子和动子，所述定子竖直固定在动机安装平台上方、并位于密封罩内，所述动子安装在定子内，且动子穿过动机安装平台上的通孔伸入到动机安装平台下方，与动机安装平台下方的垂直浮筒的中心轴固定。

优选的，还包括灯器，所述灯器安装在密封罩的外部顶端，所述蓄电池为灯器提供电源。

优选的，所述定子和动子之间采用超高分子材质的轴套进行连接。

一种适用于湖泊的波浪发电装置的控制方法，该方法基于PID-内模控制模型，通过对波前垂直波速的检测模块、垂直速度控制环、反馈信号和干扰信号对垂直浮筒进行控制，具体包括如下步骤：

（1）所述波前垂直波速的检测模块对波前垂直波速R(s)进行检测，并将波前垂直波速R(s)与垂直浮筒（4）运动速度的反馈信号进行实时比较，将产生的误差通过反馈信号模块送入垂直速度控制模块G_IMC(s)中，其中Y(s)为输出量，为发电装置的理论运动模型，G(s)为发电装置的实际运动模型；

（2）垂直速度控制模块G_IMC(s)采用调节PID参数的自适应控制方法，先通过调节误差输入量的比例、积分和微分参数，经推理计算求解得到垂直速度控制模块G_IMC(s)的输出量；

（3）采用PID-内模算法进行补偿，消除干扰信号D(s)的影响。

所述垂直速度控制模块G_IMC(s)内包含有发电装置的理论运动模型和PID-内模控制模型的内环反馈控制器C(s)，其中C(s)的输入信号为的输出信号作为的输入信号；同时C(s)的输出信号作为发电装置的实际运动模型G(s)的输入信号，Y(s)=G(s)+D(s)。

优选的，所述波前垂直波速的检测模块采用点对点的速度检测方法对波前垂直波速进行检测。

优选的，该方法还包括如下步骤：

a.根据光亮强度，点亮或关闭灯器；

b.根据蓄电池充电是否完成，控制永磁圆筒直线发电机向蓄电池充电；

c.在蓄电池充电完成、且波浪波高达到预设值情况下，控制永磁圆筒直线发电机直接为灯器供电。