一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置
1.本实用新型属于利用海洋能发电技术领域，具体涉及一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置。
背景技术：
2.随着经济社会的不断发展，能源开发存在能源结构严重失衡、能源安全问题严峻、环境污染加剧等突出问题。清洁的可再生能源开发利用已成为各国解决能源问题的突破口，海洋可再生能源的开发愈发受到重视。其中，潮流能发电具有绿环保、可预测性较强等优势，是最具商业潜力的海洋发电方式。在当下，推动海洋可再生能源的开发与利用，对保障未来能源安全和推进能源绿发展尤为重要。
3.现有技术存在适用于河口与近海的单一发电装置，也有针对缓解河口处闸门承压过大的研究。但对于如何将，同时针对单一闸门如何减轻疲劳损坏的问题仍有待解决。由海洋能耦合发电带来的发电效率低、稳定性差，发电成本大，弃风限电等一系列工程难题也仍然在不断地探索阶段。因此，如何提高海洋能耦合发电平台获能效率与储能能力，如何使耦合发电系统在河口能更好与闸门发电装置结合，提高海洋能利用率，这些都是推动河口海洋能开发利用的关键问题。
技术实现要素：
4.本实用新型提出了一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，解决现有技术中单一海洋能发电的发电量不足的问题；海洋能耦合发电，尤其是风力与潮流能耦合发电装置的获能效率低、发电效率差、环境友好型差等问题。
5.针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型采用如下方案实现：
6.一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；所述制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置；所述风力发电机构、潮流能水轮组件发电产生的电能储存于蓄电池中，蓄电池为整个发电系统中的负载供能，发电系统中的电器组件与控制器电性连接。
7.进一步优化，所述海水淡化装置包括设海水泵、蒸发罐、加热装置、蒸汽压缩机、冷凝管和抽气泵。
8.所述海水泵的出水口通过管道与蒸发罐连通，加热装置用于对蒸发罐进行加热，使海水汽化；所述抽气泵的进气端蒸发罐连通，出气端通过与蒸汽压缩机连通，所述蒸汽压缩机用于将从蒸发罐中抽出的热蒸汽压缩得到高温高压水蒸气；蒸汽压缩机与冷凝管连通，用于将高温高压水蒸气进行冷凝液化得到淡水，并将淡水输送至氢气电解装置。
9.进一步优化，所述氢气电解装置包括电解槽和出气管；电解槽中装有硫酸盐，用于碱性海水电解水制氢，延缓氯离子对阳极的腐蚀，提升海水电解制氢过程中阳极的稳定时长。蓄电池放电电解淡化海水，通过出气管将氢气送往氢气液化装置中储存，储氢装置释放
氢气给氢燃料电池产生电能。氢气电解装置通过充电、放电的削峰填谷作用，实现对电力系统功率和能量的转移存储，从而有效缓解可再生能源开发中的弃电问题。
10.进一步优化，所述控制器中包括能量配置管理模块；在较为稳定的潮流能和/或风能出现峰值的时间段，能量配置管理模块将部分能量直接提供给蓄电池与电解水制氢系统储能；在潮流能和/或风能不足情况下，能量配置管理模块控制储氢装置释放氢气给燃料电池产生电能，燃料电池输出直流电提供给直流负载，或经逆变器生成交流电给交流负载的正常运行；在发电平台的并网型系统中，风潮发电首先满足电网需要，当电网消纳能力不足时，通过海水电解制氢生产制备氢气进行存储，实现电力转储，减少对电网的冲击。
11.本实用新型中，风潮耦合发电机制以潮流能发电为主，辅之以风力发电，由风力发电机和更高发电量的潮流能发电机输出直流电流，通过风潮控制器以直流形式提供给直流负载和能量管理模块，或通过逆变器生成交流电保证交流负载的正常运转。能量管理模块将部分能量直接提供给蓄电池，当电网消纳能力不足时，由蓄电池放电电解碱性淡水制氢，并将氢气储存在储氢罐中。当风潮不足时，储氢罐释放氢气给燃料电池产生电能，电能通过能量管理模块以直流形式提供给直流负载，或经逆变器生成交流电保证交流负载的正常运行。
12.进一步优化，内河的出海口处安装有闸门，所述浮式平台位于靠近海洋的一侧，距离河口30—50米。所述闸门的门槛上沿其长度方向开设有端面为“山”字形的凹槽，凹槽适配嵌设有弹性水封止水条。所述闸门门槛上靠近海洋的一侧设置承压面板，承压面板和闸门门槛之间设置有弹性填料，通过设置弹性填料，减少潮流对闸门门槛的冲击，延长其使用寿命。所述承压面板为钢制材料，其表面涂敷有环保型低表面处理环氧厚浆涂料。
13.由于近海潮流冲击作用下，闸门动水启闭时易产生强烈振动，造成浮式闸门疲劳损伤，影响浮式闸门安全稳定运行。本实用新型中，通过设置承压面板和止水条，承压面板在承接经水轮机消能之后的潮流同时，可以由内部超弹力水封缓冲后反弹，推动前部钢制面板冲击水流，使水流反向。其缓冲作用有利于减少潮水冲击闸门的能量内耗，使潮流经过闸门反射，以较小的速度损失，再次流经水轮机位置进行二次发电，提高利用率和发电效率。同时，通过近海处设置潮流能水轮机与浮式闸门联合使用，水轮机在进行发电作业的同时，也能减弱潮流强度，达到消能防冲作用，从而减少潮流对闸门的冲击损坏和应力集中现象。
14.进一步优化，所述浮式平台为六边形，其相对的两个顶点上连接有系泊绳索，系泊绳索的下端与锚连接，整体呈v字型。
15.进一步优化，所述风力发电机构包括水平轴风力第一发电机和风力机，水平轴风力发电机固定设置在第一立柱的上端，第一立柱的下端与支浮式平台固连。
16.所述潮流能水轮发电机构包括m个发电单元，m为大于等于3的正整数。
17.每个发电单元包括浮筒、水平轴潮流能水轮机、第二立柱和第二发电机，所述浮筒竖直固定在浮式平台上，第二发电机固定在浮筒中；第二立柱为中空的管件，其上端与浮筒底部固连，下端与水平轴潮流能水轮机的壳体固连，发电机的输出轴伸出浮筒底板后伸入第二立柱中，且与浮筒底板通过轴承转动连接，输出轴的下端设置有第一锥齿轮，水平轴潮流能水轮机转轴的末端设置有第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合；第一发电机和第二发电机与蓄电池电连接。
18.进一步优化，所述风力机和水轮机结构相同，包括壳体、转轴和多个叶片；转轴通过轴承转动设置在壳体中，转轴的一端伸出壳体与连接件固连，多个叶片设置在连接件上。
19.所述连接件中设置有与叶片数量相同的电机；电机安装的连接件的腔体中，电机输出轴与对应的一个叶片的根部固定连接，电机能够驱动叶片相对于连接件发生转动；所述叶片靠近其根部的位置套设有支撑环，支撑环通过轴承与叶片转动连接，支撑环沿周向均匀设置有多个支撑杆，支撑杆的另一端与连接件固定连接。
20.风力机和每个水轮机的上均设置有一个角度传感器，用于检测叶片的偏转角度；所述浮式平台的底部设置有流速传感器，第一立柱上设置有风速风向传感器，电机、角度传感器、流速传感器、风速风向传感器与控制器电连接。
21.每个角度传感器对应有一个唯一的编号ci，该编号存储于控制器中；流速传感器测出当前的潮流的速度v1
t
和方向角α1
t
，并传送给控制器，水轮机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β1i，并传递给控制器，i∈[1，m]。
[0022]
风速风向传感器测出当前的风速v2
t
和方向角α2
t
，并传送给控制器，风力机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β2，并传递给控制器。
[0023]
进一步优化，所述叶片为仿生游隼翼型，能有效降低启动流速，提高获能效率。
[0024]
利用solidworks三维建模软件获取游隼的翼型截面特征，将叶片从翼根到小翼羽尖出等距分为10个截面，获取轮廓特征点，并用matlab拟合数据得到仿生叶片的截面翼型轮廓曲线方程。
[0025]
y_1＝-1.1
×
10^(-9)x^6+3.69
×
10^(-7)x^5-4.79
×
10^(-5)x^4+3.04
×
10^(-3)x^3-9.86
×
〖10^(-2)x〗^(-2)+1.55
×
1.55x+1.58
[0026]
r_1＝0.9817
[0027]
y_2＝3.78
×
10^(-17)x^8-1.56
×
10^(-10)x^7+2.68
×
10^(-8)x^6-2.5
×
10^(-6)x^5-4.86
×
〖10^(-3)x〗^3+8.86
×
10^(-2)x^2-0.562x-0.809
[0028]
r_2＝0.99082
[0029]
x、y分别为翼型拟合曲线的横坐标和纵坐标，y_1、y_2分别表示本翼型的上端与下端的轮廓线。为拟合精度，表征对曲线方程进行检验，比较它们的预测结果与实际形状情况的吻合程度。
[0030]
通过fluent软件计算模拟，分析叶素的升力阻力系数和俯仰力矩系数等参数，选取50％处为最优翼型截面。
[0031]
进一步优化，所述控制器对风力机个水轮机的叶片变桨方法如下：
[0032]
步骤一、风速风向传感器和流速传感器将采集的数据实时传送给给控制器，控制器根据监测数据和叶片的已知参数计算出叶片叶尖速比实际值或最佳转速值；
[0033]
步骤二、当分别当达到对应的设定切入速度时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作，改变叶片的桨距角；
[0034]
根据最大功率追踪控制原理，不同环境风速或流速下，风力机或水轮机存在最大功率点对应的叶尖速比λ
opt
，该点的获能系数为最大值c
pmax
；
[0035]
当第一发电机在低于额定功率运行时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作驱动风力机的叶片转动一定角度δβ2；当第二发电机在低于额定功率运行时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作驱动对应水轮机叶片转动一定角度δβ1i；使其通过控制
桨距角保持正对迎风捕获较大能量；同时通过改变三相不可控整流电路输出端电容电压的大小控制发电机转速跟随，从而调节转速，将叶尖速比维持在λ
opt
处，以确保机组运行在最大功率曲线获取能量。
[0036]
步骤三、当第一发电机或第二发电机在超出额定功率运行时，将对应发电机输出功率进行反馈并与额定功率作差，控制器根据功率差对发出指令，增加桨距角降低获能效率，使功率保持在额定值。
[0037]
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
[0038]
1、本实用新型中，通过将水轮机装置与抗压耐腐的闸门发电装置有效排布与结合，实现了潮流能的二次发电；通过闸门抗压面板与水轮机消能作用有效缓解闸门冲刷。
[0039]
2、通过将风力发电机组和潮流能发电机组结合在一起，同时集聚了风能和潮流能；通过加设制氢储能装置，有效解决了新能源发电引发的弃风弃电等电网消纳问题；在原有叶片基础上设计了仿生叶片、优化了变桨系统，对提高获能效率及获能稳定性有着长足功效。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[0041]
图1为本实用新型所述海洋能耦合发电系统的结构示意图；
[0042]
图2为本实用新型所述v型锚固装置的结构示意图；
[0043]
图3为本实用新型所述制氢储能机构的示意图；
[0044]
图4为本实用新型所述闸门装置的结构示意图；
[0045]
图5为本实用新型所述氢气液化装置的结构示意图；
[0046]
图6为本实用新型所述氢气电解装置的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0048]
如图1所示，一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台4，浮式平台4上设置有风力发电机构1、潮流能水轮发电机构2、制氢储能机构3、控制器6和锚固组件5；所述制氢储能机构3包括蓄电池、海水淡化装置14、氢气电解装置15、氢气液化装置16以及储氢装置10；所述风力发电机构1、潮流能水轮组件发电产生的电能储存于蓄电池中，蓄电池为整个发电系统中的负载供能，发电系统中的电器组件与控制器电性连接。
[0049]
在本实施例中，所述风力发电机构1包括水平轴风力第一发电机和风力机，水平轴风力发电机固定设置在第一立柱的上端，第一立柱的下端与支浮式平台固连。第一发电机
为双馈异步发电机，其内部自带整流器。
[0050]
所述潮流能水轮发电机构包括3个发电单元。每个发电单元包括浮筒、水平轴潮流能水轮机、第二立柱和第二发电机，所述浮筒竖直固定在浮式平台上，第二发电机固定在浮筒中；第二立柱为中空的管件，其上端与浮筒底部固连，下端与水平轴潮流能水轮机的壳体固连，发电机的输出轴伸出浮筒底板后伸入第二立柱中，且与浮筒底板通过轴承转动连接，输出轴的下端设置有第一锥齿轮，水平轴潮流能水轮机转轴的末端设置有第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合；第一发电机和第二发电机与蓄电池电连接。
[0051]
风力机捕获风能，水轮机捕获潮流能，并通过第一发电机、第二发电机发电，输出直流电，作为该系统的能量输入单元。
[0052]
该部分内容，申请人已经申请中国专利，申请号：202210370499x，名称：一种仿生鹰隼翼型叶片的水平轴潮流能水轮机及发电装置和控制方法，因此不再赘述。
[0053]
如图3、5、6所示，在本实施例中，制氢储能机构3包括海水淡化装置14、氢气电解装置15、氢气液化装置16以及储氢装置10。海水淡化装置14包括海水泵17、蒸发罐18、加热装置19、蒸汽压缩机20、冷凝管21和抽气泵33。所述蒸发罐18用于容纳海水；所述海水泵17用于抽取海水并将其输送到蒸发罐18内部；所述加热装置19用于对蒸发罐18进行加热，使海水汽化；所述抽气泵33用于将蒸发罐中产生的热蒸汽抽出并输送到蒸汽压缩机中；所述蒸汽压缩机20用于将从蒸发罐18中抽出的热蒸汽压缩得到高温高压水蒸气；所述冷凝管21用于将高温高压水蒸气进行冷凝液化得到淡水，并将淡水输送至氢气电解装置15。
[0054]
所述氢气电解装置15用于对淡水进行电解制氢，包括电解槽22、出气管23。电解槽22中装有硫酸盐，用于碱性海水电解水制氢，延缓氯离子对阳极的腐蚀，提升海水电解制氢过程中阳极的稳定时长。蓄电池放电电解淡化海水，通过出气管23将氢气送往氢气液化装置16中储存，储氢装置10释放氢气给氢燃料电池产生电能。氢气电解装置通过充电、放电的削峰填谷作用，实现对电力系统功率和能量的转移存储，从而有效缓解可再生能源开发中的弃电问题。
[0055]
在本实施例中，风潮耦合发电机制以潮流能发电为主，辅之以风力发电，由风力发电机构1和更高发电量的潮流能水轮机构2输出直流电流，以直流形式提供给能量管理模块和直流负载，或通过逆变器生成交流电保证交流负载的正常运转。能量管理模块将部分能量直接提供给蓄电池，当电网消纳能力不足时，由蓄电池放电电解碱性淡水制氢，并将氢气储存在储氢装置10中。当风潮不足时，储氢罐释放氢气给氢燃料电池11产生电能，电能通过能量管理模块以直流形式提供给直流负载，或经逆变器生成交流电保证交流负载的正常运行。
[0056]
在较为稳定的潮流能出现峰值的时间段，氢能可直接通过氢燃料电池输出稳定直流电能。能量管理模块将部分能量直接提供给蓄电池与电解水制氢系统储能，在风潮不足情况下，储氢装置释放氢气给氢燃料电池产生电能，电能通过能量管理模块以直流形式提供给直流负载，或经逆变器生成交流电保证交流负载的正常运行。在发电平台的并网型系统中，风潮发电首先满足电网需要，当电网消纳能力不足时，通过海水电解制氢生产制备氢气进行存储，实现电力转储，减少对电网的冲击。
[0057]
当发电系统功率大于负载功率和并网限定功率，同时多余电量大于制氢系统功率和蓄电池充电功率，控制器制和能量管理模块控制氢储能机构工作，将多余电能转化为氢
能储存，蓄电池处于充电状态；当发电系统功率大于负载功率和并网限定功率，同时多余电量小于制氢系统功率和蓄电池充电功率，蓄电池处于充电状态，制氢储能机构不工作；当发电系统功率小于负载功率和并网限定功率，能量管理模块控制蓄电池处于放电状态，输出电力补充，同时储氢装置释放氢气给氢燃料电池产生电能，维持负载和并网的正常运行。
[0058]
内河的出海口处安装有闸门35，所述浮式平台位于靠近海洋的一侧，距离河口30—50米。如图4所示，所述闸门的门槛上沿其长度方向开设有端面为“山”字形的凹槽，凹槽适配嵌设有弹性山形水封止水条37。所述闸门门槛靠近海洋的一侧设置承压面板36，承压面板和闸门门槛之间设置有弹性填料。所述承压面板为钢制材料，其表面涂敷有环保型低表面处理环氧厚浆涂料，能有效防止海水腐蚀，提高装置使用寿命。
[0059]
由于近海潮流冲击作用下，闸门动水启闭时易产生强烈振动，造成浮式闸门35疲劳损伤，影响浮式闸门35安全稳定运行。本实用新型中，通过设置承压面板和止水条，承压面板在承接经水轮机消能之后的潮流同时，可以由内部超弹力水封缓冲后反弹，推动前部钢制面板冲击水流，使水流反向。其缓冲作用有利于减少潮水冲击闸门的能量内耗，使潮流经过闸门反射，以较小的速度损失，再次流经水轮机位置进行二次发电，提高利用率和发电效率。同时，通过近海处设置潮流能水轮发电机构2与浮式闸门35联合使用，水轮机在进行发电作业的同时，也能减弱潮流强度，达到消能防冲作用，从而减少潮流对闸门的冲击损坏和应力集中现象。
[0060]
所述山型压力伸缩式止水条，采用超弹力橡胶材料，利用mooney-rivlin多项式模型进行有限元力学性能分析，选取三参数m-r模型，根据仿真分析其在止水过程中的力学性能及变形特性，得到其在2.0mpa水压下，间隙量为0mm，最大压力工况小于水封橡胶材料强度(10mpa)，能较大程度缓冲来水强度，并且不会因冲击压力过大开裂而漏水。
[0061]
如图2所示，在本实施例，所述浮式平台4为六边形，其相对的两个顶点上连接有系泊绳索，系泊绳索的下端与锚连接，整体呈v字型。v型锚固中，系泊绳索与六边形平台的两个相对的角连接，剩余四个角上安装潮流能水轮机，安装方向与绳索接触点的连线相垂直。当来流偏离水轮机朝向时，波浪的冲击力与两绳索31系泊力在水平方向上将产生一个夹角，产生垂直于锚固点与平台中心连线的分力，从而产生一个恢复力矩；而当平台旋转至，来流方向与水轮机朝向相同时，绳索系泊力与波浪冲击力夹角为0，无法产生垂直分力，因而不会产生一个旋转力矩。因而，当来流与水轮机朝向相同时，平台处于较为稳定的状态，而来流偏离时，又产生一个恢复力矩，从而保证来流与水轮机朝向相同。
[0062]
在本实施例中，所述风机和水轮机叶片使用仿生游隼翼型，提取自游隼翅膀截面，通过翼型拟合，结合叶素动量理论和涡流理论，设计展长20.5m，厚度为3.78m的仿生游隼翼型风机叶片，展长3.5m，厚度0.3m，前后缘平行，底部平滑，顶部流线仿生游翼流线前后缘平行，底部平滑，顶部流线仿生游隼的叶片。
[0063]
利用solidworks三维建模软件获取游隼的翼型截面特征，将叶片从翼根到小翼羽尖出等距分为10个截面，获取轮廓特征点，并用matlab拟合数据得到仿生叶片的截面翼型轮廓曲线方程。
[0064]
y_1＝-1.1
×
10^(-9)x^6+3.69
×
10^(-7)x^5-4.79
×
10^(-5)x^4+3.04
×
10^(-3)x^3-9.86
×
〖10^(-2)x〗^(-2)+1.55
×
1.55x+1.58
[0065]
[0066]
y_2＝3.78
×
10^(-17)x^8-1.56
×
10^(-10)x^7+2.68
×
10^(-8)x^6-2.5
×
10^(-6)x^5-4.86
×
〖10^(-3)x〗^3+8.86
×
10^(-2)x^2-0.562x-0.809
[0067][0068]
x、y分别为翼型拟合曲线的横坐标和纵坐标，y_1、y_2分别表示本翼型的上端与下端的轮廓线。为拟合精度，表征对曲线方程进行检验，比较它们的预测结果与实际形状情况的吻合程度。
[0069]
通过fluent软件计算模拟，分析叶素的升力阻力系数和俯仰力矩系数等参数，选取50％处为最优翼型截面。
[0070]
所述叶片转动所产生圆的直径取7米，即经过潮流能水轮机2之后的潮流到达闸门35时潮流的流速约为经过水轮机前的0.5-0.7倍，从而有效缓对闸门的冲击。
[0071]
在本实施例中，在本实施例中，所述风力机和水轮机结构相同，包括壳体、转轴和多个叶片；转轴通过轴承转动设置在壳体中，转轴的一端伸出壳体与连接件固连，多个叶片设置在连接件上。
[0072]
所述连接件中设置有与叶片数量相同的电机；电机安装的连接件的腔体中，电机输出轴与对应的一个叶片的根部固定连接，电机能够驱动叶片相对于连接件发生转动；所述叶片靠近其根部的位置套设有支撑环，支撑环通过轴承与叶片转动连接，支撑环沿周向均匀设置有多个支撑杆，支撑杆的另一端与连接件固定连接。
[0073]
风力机和每个水轮机的上均设置有一个角度传感器，用于检测叶片的偏转角度；所述浮式平台的底部设置有流速传感器，第一立柱上设置有风速风向传感器，电机、角度传感器、流速传感器、风速风向传感器与控制器电连接。
[0074]
每个角度传感器对应有一个唯一的编号ci，该编号存储于控制器中；流速传感器测出当前的潮流的速度v1
t
和方向角α1
t
，并传送给控制器，水轮机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β1i，并传递给控制器，i∈[1，3]。
[0075]
风速风向传感器测出当前的风速v2
t
和方向角α2
t
，并传送给控制器，风力机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β2，并传递给控制器。
[0076]
本实施例中，根据风速、流速的不同，改变叶片的桨距角，形成变桨反馈系统。通过改变桨距角，改变潮流或风对叶片的攻角，减少阻力，从而改变转子所受的转矩，进而改变转速，提高获能效率，同时能减少力对整个水电机组的冲击，提高使用寿命。所述控制器对风力机个水轮机的叶片变桨方法如下：
[0077]
步骤一、风速风向传感器和流速传感器将采集的数据实时传送给给控制器，控制器根据监测数据和叶片的已知参数计算出叶片叶尖速比实际值或最佳转速值；
[0078]
步骤二、当分别当达到对应的设定切入速度时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作，改变叶片的桨距角；
[0079]
根据最大功率追踪控制原理，不同环境风速或流速下，风力机或水轮机存在最大功率点对应的叶尖速比λ
opt
，该点的获能系数为最大值c
pmax
；
[0080]
当第一发电机在低于额定功率运行时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作驱动风力机的叶片转动一定角度δβ2；当第二发电机在低于额定功率运行时，控制器给对应电机发出指令，启动电机工作驱动对应水轮机叶片转动一定角度δβ1i；使其通过控制桨距角保持正对迎风捕获较大能量；同时通过改变三相不可控整流电路输出端电容电压的
大小控制发电机转速跟随，从而调节转速，将叶尖速比维持在λ
opt
处，以确保机组运行在最大功率曲线获取能量。
[0081]
步骤三、当第一发电机或第二发电机在超出额定功率运行时，将对应发电机输出功率进行反馈并与额定功率作差，控制器根据功率差对发出指令，增加桨距角降低获能效率，使功率保持在额定值。
[0082]
在本实施例中，在稳定发电机输出功率的前提下，采用前馈补偿法使独立变桨距控制系统具有更快的响应速度，更小输出功率的波动，抑制扰动所引起的静态偏差和动态偏差。
[0083]
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
技术特征：
1.一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；所述制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置；所述风力发电机构、潮流能水轮组件发电产生的电能储存于蓄电池中，蓄电池为整个发电系统中的负载供能，发电系统中的电器组件与控制器电性连接。2.根据权利要求1所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述海水淡化装置包括设海水泵、蒸发罐、加热装置、蒸汽压缩机、冷凝管和抽气泵；所述海水泵的出水口通过管道与蒸发罐连通，加热装置用于对蒸发罐进行加热，使海水汽化；所述抽气泵的进气端蒸发罐连通，出气端通过与蒸汽压缩机连通，所述蒸汽压缩机用于将从蒸发罐中抽出的热蒸汽压缩得到高温高压水蒸气；蒸汽压缩机与冷凝管连通，用于将高温高压水蒸气进行冷凝液化得到淡水，并将淡水输送至氢气电解装置。3.根据权利要求2所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述氢气电解装置包括电解槽和出气管；电解槽中装有硫酸盐；蓄电池放电电解淡化海水，通过出气管将氢气送往氢气液化装置中储存，储氢装置释放氢气给氢燃料电池产生电能。4.根据权利要求3所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述控制器中包括能量配置管理模块；在较为稳定的潮流能和/或风能出现峰值的时间段，能量配置管理模块将部分能量直接提供给蓄电池与电解水制氢系统储能；在潮流能和/或风能不足情况下，能量配置管理模块控制储氢装置释放氢气给燃料电池产生电能，燃料电池输出直流电提供给直流负载，或经逆变器生成交流电给交流负载的正常运行；在发电平台的并网型系统中，风潮发电首先满足电网需要，当电网消纳能力不足时，通过海水电解制氢生产制备氢气进行存储。5.根据权利要求1-4中任一项所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，内河的出海口处安装有闸门，所述浮式平台位于靠近海洋的一侧，距离河口30—50米；所述闸门的门槛上沿其长度方向开设有端面为“山”字形的凹槽，凹槽适配嵌设有弹性水封止水条；所述闸门门槛上靠近海洋的一侧设置承压面板，承压面板和闸门门槛之间设置有弹性填料；所述承压面板为钢制材料，其表面涂敷有环保型低表面处理环氧厚浆涂料。6.根据权利要求5所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述浮式平台为六边形，其相对的两个顶点上连接有系泊绳索，系泊绳索的下端与锚连接，整体呈v字型。7.根据权利要求6所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述风力发电机构包括水平轴风力第一发电机和风力机，水平轴风力发电机固定设置在第一立柱的上端，第一立柱的下端与支浮式平台固连；所述潮流能水轮发电机构包括m个发电单元，m为大于等于3的正整数；每个发电单元包括浮筒、水平轴潮流能水轮机、第二立柱和第二发电机，所述浮筒竖直固定在浮式平台上，第二发电机固定在浮筒中；第二立柱为中空的管件，其上端与浮筒底部
固连，下端与水平轴潮流能水轮机的壳体固连，发电机的输出轴伸出浮筒底板后伸入第二立柱中，且与浮筒底板通过轴承转动连接，输出轴的下端设置有第一锥齿轮，水平轴潮流能水轮机转轴的末端设置有第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合；第一发电机和第二发电机与蓄电池电连接。8.根据权利要求7所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，其特征在于，所述风力机和水轮机结构相同，包括壳体、转轴和多个叶片；转轴通过轴承转动设置在壳体中，转轴的一端伸出壳体与连接件固连，多个叶片设置在连接件上；所述连接件中设置有与叶片数量相同的电机；电机安装的连接件的腔体中，电机输出轴与对应的一个叶片的根部固定连接，电机能够驱动叶片相对于连接件发生转动；所述叶片靠近其根部的位置套设有支撑环，支撑环通过轴承与叶片转动连接，支撑环沿周向均匀设置有多个支撑杆，支撑杆的另一端与连接件固定连接；风力机和每个水轮机的上均设置有一个角度传感器，用于检测叶片的偏转角度；所述浮式平台的底部设置有流速传感器，第一立柱上设置有风速风向传感器，电机、角度传感器、流速传感器、风速风向传感器与控制器电连接；每个角度传感器对应有一个唯一的编号c
i
，该编号存储于控制器中；流速传感器测出当前的潮流的速度v1
t
和方向角α1
t
，并传送给控制器，水轮机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β1
i
，并传递给控制器，i∈[1，m]；风速风向传感器测出当前的风速v2
t
和方向角α2
t
，并传送给控制器，风力机上的角度传感器实时检测对应叶片的偏转角度β2，并传递给控制器。
技术总结
本实用新型公开了一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电装置，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置。通过将水轮机装置与抗压耐腐的闸门发电装置有效排布与结合，实现了潮流能的二次发电；通过闸门抗压面板与水轮机消能作用有效缓解闸门冲刷。通过将风力发电机组和潮流能发电机组结合在一起，同时集聚了风能和潮流能；通过加设制氢储能装置，有效解决了新能源发电引发的弃风弃电等电网消纳问题；在原有叶片基础上设计了仿生叶片、优化了变桨系统，提高了获能效率。高了获能效率。[转续页]
