[发明专利]一种深海发电系统陆上测试平台及控制方法

权利要求书

1.一种深海发电系统陆上测试平台，其特征在于，包括电机、控制器、驱动器、电机、发电机、蓄电池、整流滤波电路、电压电流参数采集电路、升降压电路和充电电路；控制器与驱动器相连，向驱动器发送驱动信号，驱动器与电机相连，驱动电机的转动，电机与发电机相连，发电机与电压电流参数采集电路和整流滤波电路相连，整流滤波电路连接升降压电路；升降压电路与充电电路和控制器相连，向充电电路输出电能，充电电路与控制器以及蓄电池相连，接受控制器的充电方式切换指令，对蓄电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种深海发电系统陆上测试平台，其特征在于，电机的输出端连接有减速器，减速器通过联轴器连接扭矩传感器，扭矩传感器连接。

3.根据权利要求2所述的一种深海发电系统陆上测试平台，其特征在于，扭矩传感器与控制器相连，在获得电机的扭矩后反馈给控制器，实现控制器对电机扭矩的闭环控制。

4.根据权利要求2所述的一种深海发电系统陆上测试平台，其特征在于，扭矩传感器和驱动器外接电源供电。

5.一种深海发电系统陆上测试平台的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至4任意一项所述的一种深海发电系统陆上测试平台，包括以下步骤：

对多翼垂直轴水轮机进行三维建模，并记录其尺寸、转动惯量信息，设置不同的负载扭矩和外界流场流速，得到其工作特性函数T(ω,v)，并将上述数据写入控制器；

根据扭矩传感器的反馈数据和工作特性函数T(ω,v)之间的关系判断电机的动态响应是否反映该水轮机的运行状态及动态响应，控制电机模拟水轮机的工作情况；

采集发电机相邻个时间间隔产生的电功率，计算不同升降压倍率下电能输出功率，判断是否达到最大输出功率，达到后停止；

控制器根据蓄电池当前电池容量分配不同的充电策略；

实时采集电机转速随时间的变化情况，扭矩传感器随时间的变化情况、蓄电池电量随时间的变化情况，作为输出结果，反映实际情况下多翼垂直轴水轮机在相应流场下的运行效果。

6.根据权利要求5所述的一种深海发电系统陆上测试平台的控制方法，其特征在于，控制电机模拟水轮机的工作情况具体包括：

采用CFD数值计算，建立水轮机三维模型及相应流场域、将流场域导入到流场仿真软件，设置不同的负载扭矩T和流场流速v，仿真得到各工况点下的平衡转速ω，得到水轮机工作特性函数T(ω,v)；

改变水流流速，分别获取特性曲线，并拟合成二次曲面函数T(ω，v)，并将其设定在控制器中；

给定控制器初始电机转速ω₀、水轮机的水流随时间的变化状态v(t)作为控制输入值；

扭矩传感器将采集的扭矩T₀传输给控制器，控制器同时计算扭矩参考值T₀(ω₀，v)，判断是否满足关系：其中，δ为设定控制精度，如果不满足此关系，则说明电机控制还未完成，需继续控制；满足此关系，表示电机经过控制近似视作水轮机的工作效果。

7.根据权利要求6所述的一种深海发电系统陆上测试平台的控制方法，其特征在于，如果不满足此关系，控制器将更改电机的转速，计算式为ω₁＝ω₀+β·Δt，并重复判断，直到第n轮的判断满足其中，为角加速度；J为水轮机的转动惯量；Δt为时间步长；

如满足关系式则此时电机的动态响应反映该水轮机的运行状态及动态响应；

当电机控制结果不满足关系时：分析电机当前所受转矩T与模拟对象在对应平衡转速下的转矩T(ω，v)，将二者转矩的差值作为下一步调整电机转速的净扭矩T(ω,v)-T，借助转动部分的对轴转动惯量J，计算得到当前转速改变遵循的角加速度β。