一种波浪能发电装置的直流转换系统及运行方法
阅读说明：本技术 一种波浪能发电装置的直流转换系统及运行方法 (Direct current conversion system of wave energy power generation device and operation method ) 是由 方子帆 谢雪媛 王佳佳 熊飞 吴祖双 孔博 张李鸣 周宇 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种波浪能发电装置的直流转换系统,它包括搭载在海洋装备上的波浪能发电装置,所述波浪能发电装置所产生的交流电源与整流单元相连通；所述整流单元与滤波单元相连,所述滤波单元与DC/DC变换单元相连,所述DC/DC变换单元与稳压单元相连,所述稳压单元与储能单元相连,所述储能单元与海洋装备的用电单元相连,并提供稳定的电能。此系统利用作用在装备上的波浪能,通过采集机构捕获波浪,经机械结构将波浪能转换为机械能,再驱动发电机发出电能,最后通过本发明的系统设计将电能提供给设备自身使用或为其他设备提供便携式电源。(The invention provides a direct current conversion system of a wave energy power generation device, which comprises the wave energy power generation device carried on ocean equipment, wherein an alternating current power supply generated by the wave energy power generation device is communicated with a rectification unit; the rectifying unit is connected with the filtering unit, the filtering unit is connected with the DC/DC conversion unit, the DC/DC conversion unit is connected with the voltage stabilizing unit, the voltage stabilizing unit is connected with the energy storage unit, and the energy storage unit is connected with the power utilization unit of the marine equipment and provides stable electric energy. The system utilizes wave energy acting on equipment, captures waves through a collecting mechanism, converts the wave energy into mechanical energy through a mechanical structure, then drives a generator to generate electric energy, and finally provides the electric energy for the equipment to use or provides a portable power supply for other equipment through the system design of the invention.)
技术领域
本发明属于海洋清洁能源开发利用领域，具体涉及一种波浪能发电装置的直流转换系统及运行方法。
背景技术
一些海洋监测装备，需要长时间在海域作业，这样对供电设备的续电时间要求就较高，而一般的电池续电能力限制了续电时间，需要多次人工更换。一些海上作业装置，如电动渔船等，其电池的充电与更换会较为麻烦。海洋中的潮流能蕴含量丰富，若能对其加以开发利用，对海洋装备的能源持续补充的意义重大。传统的海上和海洋内作业的装备，都是需要一段时间后人工进行电源的补充或者更换，这样会影响到装备作业的效率和连续性。
发明内容
本发明的目的是提供一种波浪能发电装置的直流转换系统及运行方法，此系统利用作用在装备上的波浪能，通过采集机构捕获波浪，经机械结构将波浪能转换为机械能，再驱动发电机发出电能，最后通过本发明的系统设计将电能提供给设备自身使用或为其他设备提供便携式电源。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种波浪能发电装置的直流转换系统，它包括搭载在海洋装备上的波浪能发电装置，所述波浪能发电装置所产生的交流电源与整流单元相连通；所述整流单元与滤波单元相连，所述滤波单元与DC/DC变换单元相连，所述DC/DC变换单元与稳压单元相连，所述稳压单元与储能单元相连，所述储能单元与海洋装备的用电单元相连，并提供稳定的电能。
所述波浪能发电装置采用扑翼结构发电装置，并能够将波浪能转换为交流电。
所述整流单元采用三相不控整流桥，是由上桥臂共阴极连接的三个整流二极管和下桥臂共阳极连接的三个整流二极管构成，用于将交流电变换为单向脉动的直流电。
所述滤波单元采用由电容构成的电容滤波电路，用于对整流单元整流之后的大脉动直流电进行整流并减小脉动程度。
所述DC/DC变换单元用于将电压变换到符合充电的电压；
DC/DC变换单元包括电压监测单元和调节单元，当监测单元监测到整流滤波输出的电压低于电池电压时，调节单元的升压单元工作，将电压升高至充电需要的电压；当整流滤波输出的电压远远高于电池电压时，调节单元的降压单元工作，将电压降低至充电需要的电压。
所述调节单元是由电感、二级管、开关管和电容所构成的调压电路。
所述稳压单元包括限流电阻和稳压二极管，用于对DC/DC变换单元输出的电压进行稳压处理。
所述储能单元包括充电控制单元和蓄电池，并将稳压后的电能充入到蓄电池中。
一种波浪能发电装置的直流转换系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤1：波浪能发电装置的扑翼发生振荡后，驱动各个系统开始工作，发电机发出幅值与频率不断变化的三相交流电，经三相不控整流桥构成的整流单元，变为单向脉动的直流电；
步骤2：单向脉动直流电经滤波单元处理后，减小电压的脉动程度；
步骤3：DC/DC变换单元的电压监测单元监测到整流滤波输出的电压低于电池电压时，调节单元的升压单元工作，将电压升高至充电需要的电压；当整流滤波输出的电压远远高于电池电压时，调节单元的降压单元工作，将电压降低至充电需要的电压；
步骤4：经过稳压单元中的限流电阻和稳压二极管对输出的电压进行稳压处理；
步骤5：储能单元将稳压后的电能充入到蓄电池中，当蓄电池充满时，充电控制单元控制结束充电。
本发明有如下有益效果：
1、本发明利用清洁能源，对环境友好。
2、本发明所需器件简单，节约成本。
3、本发明具有电压调节模块，可调节电池组输入电压，适用性好。
4、本发明可为水上、水下作业设备直接供电与储能，具有良好的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的系统工作原理图。
图2为本发明的系统电路结构示意图。
图3为四级波浪下发电装置中的马达转速。
图4为发电机发出电能的线电压。
图5为整流滤波后电压。
图6为调压稳压后电压。
图7为电池充电电流。
图8为电池开路电压变化。
图9为电池SOC变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
参见图1-2，一种波浪能发电装置的直流转换系统，它包括搭载在海洋装备上的波浪能发电装置，所述波浪能发电装置所产生的交流电源与整流单元1相连通；所述整流单元1与滤波单元2相连，所述滤波单元2与DC/DC变换单元3相连，所述DC/DC变换单元3与稳压单元4相连，所述稳压单元4与储能单元5相连，所述储能单元5与海洋装备的用电单元相连，并提供稳定的电能。通过采用本发明的转换系统，其利用作用在装备上的波浪能，通过采集机构捕获波浪，经机械结构将波浪能转换为机械能，再驱动发电机发出电能，最后通过本发明的系统设计将电能提供给设备自身使用或为其他设备提供便携式电源。保证了海洋装备能够长时间进行海上连续作业。
进一步的，所述波浪能发电装置采用扑翼结构发电装置，并能够将波浪能转换为交流电。通过上述的波浪能发电装置，能够用于收集波浪能，并转化为电能，进而为整个系统提供电能。
进一步的，所述整流单元1采用三相不控整流桥，是由上桥臂共阴极连接的三个整流二极管和下桥臂共阳极连接的三个整流二极管构成，用于将交流电变换为单向脉动的直流电。通过上述的整流单元1能够用于对产生的电流进行整流，以便于其后续的处理和运用。
进一步的，所述滤波单元2采用由电容构成的电容滤波电路，用于对整流单元1整流之后的大脉动直流电进行整流并减小脉动程度。由于整流单元1将交流电变换为单向脉动的直流电，脉动的直流电波动仍然较大，不能直接利用，因此，通过滤波单元2减小整流电压的脉动程度。
进一步的，所述DC/DC变换单元3用于将电压变换到符合充电的电压； DC/DC变换单元3包括电压监测单元301和调节单元302，当监测单元301监测到整流滤波输出的电压低于电池电压时，调节单元302的升压单元工作，将电压升高至充电需要的电压；当整流滤波输出的电压远远高于电池电压时，调节单元302的降压单元工作，将电压降低至充电需要的电压。通过上述的DC/DC变换单元3进行稳压之后，保证了所产生的电压符合充电的电压。
进一步的，所述调节单元302是由电感、二级管、开关管和电容所构成的调压电路。上述的调压电路，结构简单，保证了调压效果。
进一步的，所述稳压单元4包括限流电阻401和稳压二极管402，用于对DC/DC变换单元3输出的电压进行稳压处理。由于经整流，滤波和电压调节后输出的电压仍有一些波动，因此，为进一步稳定电压，经过可变限流电阻和稳压二极管对整流电路输出的电压进行稳压处理。
进一步的，所述储能单元5包括充电控制单元501和蓄电池502，并将稳压后的电能充入到蓄电池502中。通过蓄电池502能够用于对电能进行有效的储存。
实施例2：
一种波浪能发电装置的直流转换系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤1：波浪能发电装置的扑翼发生振荡后，驱动各个系统开始工作，发电机发出幅值与频率不断变化的三相交流电，经三相不控整流桥构成的整流单元1，变为单向脉动的直流电；
步骤2：单向脉动直流电经滤波单元2处理后，减小电压的脉动程度；
步骤3：DC/DC变换单元3的电压监测单元301监测到整流滤波输出的电压低于电池电压时，调节单元302的升压单元工作，将电压升高至充电需要的电压；当整流滤波输出的电压远远高于电池电压时，调节单元302的降压单元工作，将电压降低至充电需要的电压；
步骤4：经过稳压单元4中的限流电阻401和稳压二极管402对输出的电压进行稳压处理；
步骤5：储能单元5将稳压后的电能充入到蓄电池502中，当蓄电池502充满时，充电控制单元501控制结束充电。
实施例3：
为了研究该波浪能发电装置的直流转换电路在具体海况下的运行情况，基于运用多能域键合图建模理论，采用AMESim仿真平台搭建电路的仿真模型。以具体海况下波浪能发电装置液压系统中马达的转速作为直流转换电路的输入，选择标称电压144V，容量40Ah，初始SOC 值为30的锂电池作为储能单元来模拟电路的工作情况，仿真时间50秒。参见图3为四级海况下发电装置中的马达转速。
步骤1：波浪能发电装置的扑翼发生振荡后，驱动各个系统开始工作，发电机发出幅值与频率不断变化的三相交流电。参见图4为发电机发出电能的线电压。在0~15s，马达转速尚未稳定且较小，发电机发出的电能电压也较小。
步骤2：经三相不控整流桥构成的整流单元1和滤波单元2处理后，交流电变为单向脉动程度较小的直流电；参见图5为整流波波后的电压。
步骤3：DC/DC变换单元3根据整流滤波输出的电压的高低调节电压，同时稳压单元4中的限流电阻401和稳压二极管402对输出的电压进行稳压处理，最终输出电压值符合需求且平稳的电压。参见图6为调压稳压后的电压。此电压即为电池充电电压。
步骤4：储能单元5将稳压后的电能充入到蓄电池502中，充电控制单元可显示电池当前SOC值，参见图7为电池充电电流、图8为电池开路电压变化，图9为电池SOC变化曲线。当SOC值达到100时，系统会出现提示，蓄电池已达最大容量，需要结束充电。
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