[发明专利]一种直驱海浪发电系统的模拟测试装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟测试装置及其使用方法，特别是关于一种直驱海浪发电系统的模拟测试装置及其使用方法。

背景技术

风与海面作用产生海浪，海浪能是以动能形式表现的水能资源之一。1977年，有人对世界各大洋的海浪进行推算，认为全球海浪能功率约为700亿千瓦，其中可开发利用的约为25亿千瓦，与潮汐能相近。海浪中蕴藏有如此丰富的能量，将海浪的动能转化为电能，是人们多年来梦寐以求的理想。为了迎接能源安全的挑战，各国都在想方设法开源节流。自20世纪70年代开始，许多国家，如英国、日本、美国、加拿大等都在研究和试验海浪发电，并相继提出了数百种方案。随着研究和开发的深入，海浪发电正在从小型化走向中、大型化，由试验阶段进入商业化运营阶段。但是，由于各种技术问题，直到今天，在能源开发方面，海浪能的利用仍然落后于风能和潮汐能的利用。因而，研究如何使海浪发电能够被更广泛地应用，成为新能源研究的一个重要方向。

近年来，海浪发电技术不断受到重视并不断取得进步。与齿轮箱式、汽轮式、涡轮式海浪发电类型相比，直驱式海浪发电装置的动力输出装置与电机直接相连，取消了二级能量转换机构，具有能量转换率高、可靠性高和维护方便的特点，受到越来越多的关注。进行海浪发电相关技术的研究，理想方案是在实际海洋中进行现场试验。然而，海浪发电厂一般设在海上，其受自然因素的影响复杂，不利于对海浪发电设备进行前期开发调试。同时，海浪发电设备的体积较大，容易受环境、天气等影响，这些都会给现场测试带来诸多困难。并且海浪发电特性与海浪特性息息相关，海浪变化对海浪发电的影响也需要作深入的研究。经检索申请号为201210131490.X的中国专利申请文件中公开了一种直线发电机实验装置，介绍了旋转电机通过滑轮拖动直线电机运动，但其并未采用推力控制，并且旋转-直线的拖动模式也较为复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种真实、灵活地模拟海浪对直驱海浪发电机进行驱动的直驱海浪发电系统的模拟测试装置及其使用方法，从而为研究如何处理海浪发电产生的电能、如何稳定地维持海浪发电产生的电能以及对海浪发电实现最大功率跟踪等控制奠定实验基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直驱海浪发电系统的模拟测试装置，其特征在于：它包括机械部分和电控部分；所述机械部分包括一机械限位座、两导轨、一永磁直线电动机、一永磁直线发电机和一光栅尺；所述机械限位座上平行固设有两所述导轨，所述永磁直线电动机和永磁直线发电机均设置在所述导轨上，所述光栅尺设置在任一所述导轨上；所述电控部分包括上位机、电动机控制器、DC-AC变换器、AC-DC变换器、发电机控制器和负载；所述上位机将电动机控制指令、所述光栅尺将检测到的所述永磁直线电动机的位置信息以及所述DC-AC变换器将其直流母线上和交流侧的电压、电流信号均传输至所述电动机控制器，所述电动机控制器将PWM信号输出至所述DC-AC变换器，控制所述DC-AC变换器对直流母线电流进行逆变后输入所述永磁直线电动机，所述永磁直线电动机输出推力，推动所述永磁直线发电机在所述导轨上运动产生电能，并将输出的三相交变电流传输至所述AC-DC变换器；所述上位机将发电机控制策略、所述光栅尺将检测到的所述永磁直线发电机的位置信息以及所述AC-DC变换器将其直流母线上和交流侧的电压、电流信号均传输至所述发电机控制器，所述发电机控制器将PWM信号传输至所述AC-DC变换器，控制所述AC-DC变换器对所述永磁直线发电机输出的三相交变电流进行整流和控制后输出直流电，为所述负载供电。

所述上位机采用计算机和可编程逻辑控制器中的一种。

所述电动机控制器与发电机控制器均包括QEP模块、处理器、AD采样模块、PWM模块和IO模块；所述QEP模块将计算得到的速度和加速度信息传输至所述处理器；所述AD采样模块将采样结果传输至所述处理器；所述处理器计算当前时刻的PWM信号并传输至所述PWM模块，所述PWM模块将PWM信号传输至所述DC-AC变换器或AC-DC变换器，控制所述永磁直线电动机或永磁直线发电机动作；所述处理器通过所述IO模块与所述上位机进行信息交互，所述处理器将处理后的数据信息传输至所述上位机进行显示，所述上位机将控制指令发送至所述处理器。

所述处理器采用解耦控制方式对所述永磁直线电动机或永磁直线发电机进行控制。

所述处理器采用DSP、单片机和嵌入式处理器中的一种。

所述负载采用由电阻、电感和电容组成的电路负载或储能装置。