CN117054043A - 一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置 - Google Patents

一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,涉及海洋动力环境试验装置技术领域,包括试验水槽、海洋环境模拟***、数据采集***以及控制***;其中,所述试验水槽内能够盛装试验水体;所述海洋环境模拟***用于在所述试验水槽内模拟海洋环境;所述数据采集***能够采集所述试验水槽内的海洋环境模拟数据;所述海洋环境模拟***以及所述数据采集***均与所述控制***信号连接,所述数据采集***能够将采集到的所述海洋环境模拟数据传输给所述控制***,所述控制***能够根据所述海洋环境模拟数据对所述海洋环境模拟***进行控制。本发明能够实现海洋环境模拟试验的闭环控制,显著提高了海洋环境模拟的准确性。

Description

一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置
技术领域
本发明涉及海洋动力环境试验装置技术领域,特别是涉及一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置。
背景技术
在“双碳目标”下,构建高效清洁、绿色低碳的新型能源体系已成为能源转型发展的大趋势,具有绿色环保、安全可持续等显著特点的光伏将成为未来的主体能源之一,而海上浮式光伏发电***拓展了光伏产业的发展空间,应用范围广,是未来光伏产业的发展方向之一。因此,在海洋开发过程中,海上光伏发电技术等高新技术的研究和发展是促进海洋可持续开发利用的重要环节。
然而,目前全球海上浮式光伏装备技术还处于研究和工程示范阶段,尚未完全成熟,面临抗海风、抗波浪、抗腐蚀和锚固等多方面技术难题。海洋环境复杂多变,风浪流等要素直接作用于海上浮式光伏发电***上,影响设备的安全运行和可靠性。因此,在海上浮式光伏发电***的研制过程中,室内物理模拟试验是重要的研究手段之一,通过室内海洋环境试验装置可再现海洋环境,验证海上浮式光伏发电***的技术指标、环境适应性及可靠性,为其技术发展提供科学依据,促进海洋高新科技研发成果的产业化进程。
现有能够模拟海洋环境的室内试验装置大多为开环控制***,缺少反馈和处理环节,无法保证环境模拟的准确性,降低了试验结果的可信度。例如,现有室内试验装置的控制***只负责控制水位、波高、风速,并不接收采集***反馈的水位、波高、风速数据,由于控制***存在不可避免的误差和滞后性,因此会造成输入与输出的海洋环境模拟数据之间产生一定的偏差,而这种偏差在长时间的试验时又会被不断地放大,严重影响了试验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,以解决上述现有技术存在的问题,能够显著提高海洋环境模拟的准确性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,包括:
试验水槽,所述试验水槽内能够盛装试验水体;
海洋环境模拟***,所述海洋环境模拟***用于在所述试验水槽内模拟海洋环境;
数据采集***,所述数据采集***能够采集所述试验水槽内的海洋环境模拟数据;
控制***,所述海洋环境模拟***以及所述数据采集***均与所述控制***信号连接,所述数据采集***能够将采集到的所述海洋环境模拟数据传输给所述控制***,所述控制***能够根据所述海洋环境模拟数据对所述海洋环境模拟***进行控制。
优选的,所述海洋环境模拟***包括设置于所述试验水槽一侧的风浪模拟装置,所述风浪模拟装置包括用于造风的造风装置以及用于造波的造波装置。
优选的,所述造波装置包括驱动机构、导向机构以及推板,所述驱动机构与所述推板连接,所述驱动机构能够驱动所述推板运动,从而推动所述试验水槽内的试验水体运动,实现造波;所述导向机构用于在所述推板的运动过程中,对所述推板进行导向。
优选的,所述造风装置为风机,且所述风机连接有移动机构,所述风机能够通过所述移动机构进行移动。
优选的,所述试验水槽内还设置有消波滩,所述消波滩与所述风浪模拟装置相对设置,并位于所述试验水槽内远离所述风浪模拟装置的一侧,所述消波滩用于减少反射波对试验模型的影响。
优选的,所述海洋环境模拟***还包括潮流模拟装置和水位模拟装置,所述潮流模拟装置为拖曳机构,所述拖曳机构包括连接装置、试验平台以及驱动***,所述连接装置用于连接试验模型,所述试验平台用于供试验人员操作试验仪器设备;所述驱动***能够驱动所述试验平台在轨道上移动,并拖曳试验模型在所述试验水槽内进行移动,用于模拟潮流的海洋环境;
所述水位模拟装置包括补水装置以及排水装置,所述补水装置用于向所述试验水槽内补充试验水体,所述排水装置用于将所述试验水槽内的试验水体排出。
优选的,所述数据采集***包括水位仪、波高仪以及风速仪;其中,所述水位仪用于检测所述试验水槽内的水位,所述控制***能够根据所述水位仪检测到的水位数据,控制所述水位模拟装置向所述试验水槽内补充试验水体或将所述试验水槽内的试验水体排出;所述波高仪用于检测所述试验水槽内的波浪高度,所述风速仪用于检测所述试验水槽内的风速,所述控制***能够根据检测到的波浪高度数据以及风速数据,对所述风浪模拟***进行控制。
优选的,还包括锚泊机构,所述锚泊机构包括锚体以及锚链,所述锚体设置于所述试验水槽的底部,且所述锚体能够通过所述锚链与试验模型连接。
优选的,所述数据采集***还包括拉力传感器以及姿态仪,所述拉力传感器设置于所述锚链上,用于检测所述锚链所受到的拉力;所述姿态仪用于检测所述试验模型的运动姿态。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明通过海洋环境模拟***能够在试验水槽内模拟海洋环境,通过数据采集***能够采集试验水槽内的海洋环境模拟数据,通过控制***能够根据采集到的海洋环境模拟数据对海洋环境模拟***进行实时控制,从而实现海洋环境模拟试验的闭环控制,显著提高了海洋环境模拟的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中用于海上浮式光伏发电***的试验装置的结构示意图。
图中:1-造波装置,2-造风装置,3-风速仪,4-波高仪,5-姿态仪,6-水位仪,7-拉力传感器,8-试验模型,9-锚泊机构,10-试验水槽,11-拖曳机构,12-消波滩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,以解决上述现有技术存在的问题,能够显著提高海洋环境模拟的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本实施例中提供一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,主要包括试验水槽10、海洋环境模拟***、数据采集***以及控制***;其中,所述试验水槽10内能够盛装试验水体;所述海洋环境模拟***用于在所述试验水槽10内模拟海洋环境,具体地,模拟海洋环境可以是模拟海洋的风、波浪、潮流以及水位等;所述数据采集***能够采集所述试验水槽10内的海洋环境模拟数据,且所述海洋环境模拟***以及所述数据采集***均与所述控制***信号连接,所述数据采集***能够将采集到的所述海洋环境模拟数据传输给所述控制***,所述控制***能够根据所述海洋环境模拟数据对所述海洋环境模拟***进行控制。
本实施例中通过海洋环境模拟***能够在试验水槽10内模拟海洋环境,通过数据采集***能够采集试验水槽10内的海洋环境模拟数据,通过控制***能够根据采集到的海洋环境模拟数据对海洋环境模拟***进行实时控制,从而实现海洋环境模拟试验的闭环控制,显著提高了海洋环境模拟的准确性。
在本实施例中,所述试验水槽10优选为长方体水槽,长130米,宽18米,深6米,最大工作水深5米,试验水槽10整体为钢筋混凝土结构。
在本实施例中,所述海洋环境模拟***包括风浪模拟装置,所述风浪模拟装置包括用于造风的造风装置2以及用于造波的造波装置1;其中,风浪模拟装置设置于试验水槽10的一侧,而在试验水槽10中与风浪模拟装置相对的一侧则设置有用于消波的消波滩12。作为一种优选的实施方式,消波滩12与风浪模拟装置分别位于试验水槽10长度方向的两端,即消波滩12至风浪模拟装置的方向与试验水槽10的长度方向平行。
在本实施例中,所述造波装置1优选包括驱动机构、导向机构以及推板,所述驱动机构与所述推板连接,所述驱动机构能够驱动所述推板运动,从而推动所述试验水槽10内的试验水体运动,实现造波;所述导向机构用于在所述推板的运动过程中,对所述推板进行导向。具体地,所述驱动机构可以为伺服直线电机,其输出轴平行于试验水槽10的长度方向,且与推板垂直连接,通过伺服直线电机能够带动推板往复运动,当带动推板朝向消波滩12运动时,能够推动试验水体朝向消波滩12运动,产生波浪;在此过程中,通过伺服直线电机能够控制推板推动的幅度和频率,以此来调整波高和波周期。而导向机构可以为沿试验水槽10的长度方向延伸的滑轨,推板通过滑块滑动连接于该滑轨上,实现导向。
或者,驱动机构还可以为普通的伺服电机,伺服电机的输出轴通过丝杆螺母结构带动推板运动;或者,还可以选择其它满足需求的造波装置1。
在本实施例中,造波装置1可以并排设置有多个,优选沿试验水槽10的宽度方向并排设置有多个,通过多个造波装置1同时工作产生波浪;进一步地,造波装置1优选设置有10个。
在本实施例中,所述造风装置2优选为风机,通过电机驱动风机叶轮转动实现造风,可通过参数控制风速大小,其中,风机的出风方向朝向消波滩12;作为一种优选的实施方式,风机由下至上设置有两排,每排风机均沿试验水槽10的宽度方向设置有8个;进一步地,所述风机连接有移动机构,所述风机能够通过所述移动机构进行移动,具体地,移动机构可以为沿试验水槽10的长度方向设置的滑轨,而全部的风机则安装于风机安装架上,风机安装架滑动连接于该滑轨上,从而能够实现风机的移动。
在本实施例中,所述海洋环境模拟***还包括潮流模拟装置和水位模拟装置,所述潮流模拟装置为拖曳机构11,能够拖曳试验模型8在所述试验水槽10内进行移动;具体地,拖曳机构优选为电动拖车,在电动拖车上设置有试验平台,用于供试验人员操作试验仪器设备,电动拖车通过连接装置连接试验模型,其中,连接装置可以根据需要进行选择,如选择绳索或者连接钩等;进一步地,在试验水槽10的长边两侧池壁上还铺设有轨道,电动拖车行走在上述轨道上,可拖曳试验模型8进行试验;其中,试验模型8可以为海上浮式光伏发电***或海洋能发电装置等,且试验模型8可以设置于浮体上,从而能够漂浮在试验水体上。
所述水位模拟装置则包括补水装置以及排水装置,所述补水装置用于向所述试验水槽10内补充试验水体,所述排水装置用于将所述试验水槽10内的试验水体排出。具体地,在试验水槽10之外还设置有圆形的蓄水池,蓄水池为钢筋混凝土结构,用于暂存试验水体,且蓄水池靠近消波滩12设置;而补水装置则包括补水管,排水装置则包括排水管,且补水管和排水管均优选为U型管,U型管的两端分别与蓄水池以及试验水槽10连通。进一步地,在消波滩12上还开设有方形开口,用于供补水管以及排水管穿过。
在本实施例中,在补水管上还设置有补水泵,通过补水泵能够将蓄水池内的试验水体泵入至试验水槽10内,实现补水;在排水管上则设置有排水泵,通过排水泵能够将试验水槽10内的试验水体泵入至蓄水池内,实现排水;其中,补水泵以及排水泵均与控制***信号连接,通过补水泵以及排水泵能够控制试验水槽10内的水位高度。
在本实施例中,所述数据采集***主要包括水位仪6、波高仪4以及风速仪3;其中,所述水位仪6用于检测所述试验水槽10内的水位高度,所述控制***能够根据所述水位仪6检测到的水位数据,控制所述补水泵向所述试验水槽10内补充试验水体或控制所述排水泵将所述试验水槽10内的试验水体排出至蓄水池内;所述波高仪4用于检测所述试验水槽10内的波浪高度,所述风速仪3用于检测所述试验水槽10内的风速,所述控制***能够根据检测到的波浪高度数据以及风速数据,对所述造波装置1以及造风装置2进行控制。
进一步地,需要进行说明的是,水位仪6以及波高仪4均设置于试验水槽10内的试验水体中,而风速仪3则位于波高仪4的上方;而且,数据采集***还包括采集计算机,水位仪6、波高仪4以及风速仪3等均与采集计算机信号连接,实现数据采集。
而所述控制***则包括控制计算机与变频器,控制计算机信号连接变频器,变频器分别信号连接造波装置1、造风装置2以及水位模拟装置,造波装置1通过驱动机构驱动推板造波,造风装置2通过电机驱动风机叶轮造风,水位模拟装置通过排水泵排水,通过补水泵补水。本实施例中控制计算机能够根据数据采集***的反馈数据修改控制参数并发送给变频器,变频器根据修改后的控制参数控制上述各个执行机构进行工作,实现闭环控制。
在本实施例中,用于海上浮式光伏发电***的试验装置还包括锚泊机构9,所述锚泊机构9包括锚体以及锚链,所述锚体设置于所述试验水槽10的底部,且所述锚体能够通过所述锚链与所述试验模型8连接,从而使试验模型8能够实现锚泊。
在本实施例中,所述数据采集***还包括拉力传感器7以及姿态仪5,所述拉力传感器7设置于所述锚链上,用于检测所述锚链所受到的拉力;所述姿态仪5用于检测所述试验模型8的运动姿态,其中,姿态仪5优选为光学非接触式六自由度姿态仪。
在本实施例中,用于海上浮式光伏发电***的试验装置的工作过程如下:
在进行波浪、海风模拟试验时,首先在控制***的控制计算机中设定水位、波高以及风速等参数,变频器根据设定参数控制造风装置2、造波装置1以及水位模拟装置等执行机构工作。造波装置1通过驱动机构驱动推板推动试验水体运动产生波浪,使波浪按照控制参数沿试验水槽10的长度方向向造消波滩5一侧移动;造风装置2通过电机驱动风机叶轮产生风,可通过参数控制风速大小;水位模拟装置按照控制参数对试验水槽10进行补水或者排水,控制试验水槽10内的水位高度。
在进行潮流能模拟试验时,首先将试验模型8通过连接装置连接到拖曳机构11上,然后在控制***中设定试验平台移动速度,驱动***驱动试验平台在轨道上移动,并拖曳试验模型8在所述试验水槽10内进行移动,用于模拟潮流的海洋环境。
在试验过程中,通过水位仪6测量试验水槽10中的水位,通过波高仪4测量波浪的高度,通过风速仪3测量风速大小,测量数值输入采集计算机,根据采集计算机的数据修改控制计算机参数并发送给变频器,变频器根据修改后的控制参数控制上述各执行机构工作。整个试验过程中,控制***、执行机构与数据采集***协同工作,形成了完整的闭环控制***,显著提高海洋环境模拟的准确性,为海上浮式光伏发电***等物理模型的模拟试验提供了可靠的技术手段。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:包括:
试验水槽,所述试验水槽内能够盛装试验水体;
海洋环境模拟***,所述海洋环境模拟***用于在所述试验水槽内模拟海洋环境;
数据采集***,所述数据采集***能够采集所述试验水槽内的海洋环境模拟数据;
控制***,所述海洋环境模拟***以及所述数据采集***均与所述控制***信号连接,所述数据采集***能够将采集到的所述海洋环境模拟数据传输给所述控制***,所述控制***能够根据所述海洋环境模拟数据对所述海洋环境模拟***进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述海洋环境模拟***包括设置于所述试验水槽一侧的风浪模拟装置,所述风浪模拟装置包括用于造风的造风装置以及用于造波的造波装置。
3.根据权利要求2所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述造波装置包括驱动机构、导向机构以及推板,所述驱动机构与所述推板连接,所述驱动机构能够驱动所述推板运动,从而推动所述试验水槽内的试验水体运动,实现造波;所述导向机构用于在所述推板的运动过程中,对所述推板进行导向。
4.根据权利要求2所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述造风装置为风机,且所述风机连接有移动机构,所述风机能够通过所述移动机构进行移动。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述试验水槽内还设置有消波滩,所述消波滩与所述风浪模拟装置相对设置,并位于所述试验水槽内远离所述风浪模拟装置的一侧,所述消波滩用于减少反射波对试验模型的影响。
6.根据权利要求2-4任意一项所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述海洋环境模拟***还包括潮流模拟装置和水位模拟装置,所述潮流模拟装置为拖曳机构,所述拖曳机构包括连接装置、试验平台以及驱动***,所述连接装置用于连接试验模型,所述试验平台用于供试验人员操作试验仪器设备;所述驱动***能够驱动所述试验平台在轨道上移动,并拖曳试验模型在所述试验水槽内进行移动,用于模拟潮流的海洋环境;
所述水位模拟装置包括补水装置以及排水装置,所述补水装置用于向所述试验水槽内补充试验水体,所述排水装置用于将所述试验水槽内的试验水体排出。
7.根据权利要求6所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述数据采集***包括水位仪、波高仪以及风速仪;其中,所述水位仪用于检测所述试验水槽内的水位,所述控制***能够根据所述水位仪检测到的水位数据,控制所述水位模拟装置向所述试验水槽内补充试验水体或将所述试验水槽内的试验水体排出;所述波高仪用于检测所述试验水槽内的波浪高度,所述风速仪用于检测所述试验水槽内的风速,所述控制***能够根据检测到的波浪高度数据以及风速数据,对所述风浪模拟***进行控制。
8.根据权利要求7所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:还包括锚泊机构,所述锚泊机构包括锚体以及锚链,所述锚体设置于所述试验水槽的底部,且所述锚体能够通过所述锚链与试验模型连接。
9.根据权利要求8所述的用于海上浮式光伏发电***的试验装置,其特征在于:所述数据采集***还包括拉力传感器以及姿态仪,所述拉力传感器设置于所述锚链上,用于检测所述锚链所受到的拉力;所述姿态仪用于检测所述试验模型的运动姿态。
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