[发明专利]一种励磁自供给的流致振动发电装置及控制方法

说明书

一种励磁自供给的流致振动发电装置及控制方法，适用于海洋洋流能的开发利用，首先，发电机采用变励磁发电机，可通过调节励磁电压实现电能输出的调节，从而满足不同的供电需求；其次，系统的变励磁发电机通过控制方法实现了励磁电压的自供给，从而极大的增强了系统的独立性，并保证了系统较高的发电效率；再次，本装置设置流道及控流、导流设备，保证了振子振动所需的稳定水流条件，并实现了多振子协同振动的方式，既保证了发电质量也提高了发电效率。此外，本申请系统原理简单清晰，该装置经济性良好，系统的各个部分选用通用常见的仪器及材料，各部分易于制作，安装方便，实用性强。

技术领域

本申请涉及海流及潮流发电领域，是一种可实现励磁电压自供给的流致振动发电装置及相关控制方法。

背景技术

海流潮流能因其广泛的分布与巨大的储量越来越受到各国能源开发者的关注。据统计，全球可利用海流能高达500万MW。在我国，单沿岸流的理论开发量就超过14万MW，相当于70个三峡水电站的装机容量，其蕴藏量可见巨大。不过由于世界范围内分布的大部海流流速较低，而传统桨叶式的海流发电机启动流速较高，在大多数低速海流范围内无法使用，从而造成海流能源利用现状不佳。为解决这一问题，2008年，美国密歇根大学的Bernitsas教授及其团队成功研制了一种新型的低速水流发电装置——VIVACE(Vortex InducedVibration For Aquatic Clean Energy)，并成功申请专利。该装置的发电原理与传统桨叶式的发电原理完全不同，其采用涡激振动的基本原理带动电机进行发电。该装置相比传统的海流发电机具有启动流速低(最低可达到0.25m/s)、能量密度大等优势，且装置结构简单，模块化能力较强，具有良好的推广前景。

不过目前，VIVACE及相关的流致振动发电装置还处于研发阶段，振动机理与发电系统的发电能力研究都还有所欠缺，具体而言，主要存在如下两个问题。(1) 现有的发电装置大多采用固定励磁发电机，励磁无法调节，从而无法灵活调节输出电能；而对于采用了变励磁发电机的流致振动发电装置，其由于励磁电压需要由外界提供，从而降低了装置实际的应用能力。(2)现有的发电装置大多以敞开式结构为主，振动振子暴露于外界水环境当中，一旦外界环境水体存在波动，则会极大影响振子的振动稳定性，从而影响发电质量。可见，上述两点问题极大制约了VIVACE及相关的流致振动发电装置的推广与应用。

为此，本申请提出一种励磁自供给的流致振动发电装置及控制方法，该装置采用变励磁发电机，且存在自供给的励磁电源供给功能，从而避免了采用外界电源供给励磁发电机的较大劣势，增强了发电装置独立运行的能力，从而对流致振动发电装置的操作控制、推广及电能上网提供良好支撑。另外，本申请提出了可容纳多振子的整流流道，保证了过流的流态稳定与流量控制，并实现了多振子的同场振动，诱发尾流驰振的发生，增强了单个振子的振动，从而有效提升了该类发电装置的发电能力与发电质量。

发明内容

目的：本申请旨在提出一种利用洋流能的流致振动发电装置及其控制方法，该装置采用变励磁发电机且实现变励磁发电机的电能自我供给及快速控制，保证流致振动发电装置的独立性、灵活性及电能输出的可调节性。此外，本申请设置整流流道与控制结构，保证了多振子的发电质量并有效提升整体装置的发电能力。

技术方案：

一种励磁自供给的流致振动发电装置，由导叶、蜂窝稳流管、第一支架、第二支架、齿轮组、变励磁发电机、电机输出线、他励电源线、变电控制器、可调节电源、电源切换控制器、外接启动电源、变电装置、振子、联动装置、流道支架、发电导流稳流流道组成；

其中导叶、蜂窝稳流管和发电导流稳流流道组成导流稳流流道模块A，齿轮组、振子和联动装置组成振动传动模块B，变励磁发电机、电机输出线、他励电源线、变电控制器、可调节电源、电源切换控制器、外接启动电源、变电装置组成发电模块C；

导叶安装在发电导流稳流流道的矩形断面和收缩断面的交接处，控制着矩形流道端口的进水口开度；