本发明涉及一种发电技术领域，特别是海流能发电装置。
背景技术：
海流发电是利用海洋中洋流的动能推动涡轮机旋转运动进而推动后续连接的发电机输出电能的一种新能源利用方式。利用海流发电的基本原理与现有的风力发电较为一致，但两者之间的区别仍较大。海水的密度很高，海流流速具有很强的预测性，这也因此使得海流发电相比与常规的风力发电具有明显的优势，尤其是在发电功率与发电装备的体积比之上。目前，现有的海流能发电技术仍处于实验探索阶段，现有的海流能发电机组常采用直驱形式的传动方式，即海流涡轮机与发电机直接连接，并通过海流动能直接驱动发电机变速变频发电。此种布置形式虽然有结构简单、效率较高等优势，但海流能波动的载荷会直接传递到发电机端，长期使用时，容易引起发电机端疲劳失效。此外，直驱形式的发电机通常具有很大的体积和重量，难以安装和操作，成本居高不下。
另一种形式的海流能发电机采用刚性的机械齿轮箱传动，即海流涡轮机的转速先通过齿轮箱增速之后再接入到发电机端。但此种传动形式的齿轮箱只具有固定的传动比，无法根据海水流速的变化，自适应地调节发电机地转速，使得再任何工况下均获得最佳地功率输出。此外，齿轮箱的故障率较高，需定期的维护和保养，这也在某种程度上增加了机组的成本。还有一种采用低速液压直驱形式的海流能发电技术，即首先将海流动能转化成液压能，通过液压系统的储能和滤波作用消除功率的波动，然后再转化成为机械动能和发电机的电功率。低速液压系统可以和低速的海流涡轮机相匹配，液压系统的无级变速作用也可以使得机组的转速随着海流流速自适应地变化。但是，此种形式的海流发电系统的效率要比正常的纯机械的传动的低的多，主要原因是液压系统的效率明显比齿轮箱和传动轴的效率低很多。此外，该种传动方式存在三次不同类型低能量低转化，每次转化均存在较大的功率损失，这也从整体上导致此传动形式的海流能利用率偏低。
综上所述，现有的海流能发电系统存在传动方式单一、效率偏低、维修保养成本偏高等一系列的缺点问题，也较难实现大规模、高效率的商业化应用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种效率更高的海流能发电装置。
本发明解决其技术问题的解决方案是：无级变速型海流能发电装置，包括机壳，所述机壳外设有海流涡轮，所述机壳内包括第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构与永磁发电机，所述第一行星齿轮机构位于第二行星齿轮机构的前方，所述海流涡轮与第一行星齿轮机构连接，所述第一行星齿轮机构与第二行星齿轮机构连接，所述第二行星齿轮机构与永磁发电机连接，所述机壳中还包括第一变速控制器，所述第一变速控制器与第一行星齿轮机构连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一行星齿轮机构包括前侧行星架、前侧齿圈、前侧行星轮、前侧太阳轮，所述第二行星齿轮机构包括后侧太阳轮、后侧行星架、后侧齿圈与后侧行星轮，所述海流涡轮与前侧行星架固定连接，所述前侧齿圈与后侧行星架固定连接，所述前侧太阳轮与第一变速控制器驱动连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一变速控制器包括前侧变流器与前侧控制电机，所述前侧变流器与前侧控制电机电连接，所述前侧控制电机的输出轴与前侧太阳轮驱动连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括第二变速控制器，所述第二变速控制器包括后侧变流器与后侧控制电机，所述后侧变流器与后侧控制电机电连接，所述后侧控制电机的输出轴与后侧太阳轮驱动连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前侧变流器与后侧变流器之间通过直流母线和电容相连。
本发明的有益效果是：通过利用第一变速控制器控制第一行星齿轮机构，然后利用第一行星齿轮将动力传递到第二行星齿轮机构，最后再经由第二行星齿轮机构将动力输出到永磁发电机，能够在复杂海况和任意海流流速情况下无级变速运行，并能自适应地实现高效率的海流能发电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的第一变流器的控制架构图；
图3是本发明的第二变流器的控制架构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，无级变速型海流能发电装置，包括机壳，所述机壳外设有海流涡轮1，所述机壳内包括第一行星齿轮机构2、第二行星齿轮机构3与永磁发电机4，所述第一行星齿轮机构2位于第二行星齿轮机构3的前方，所述海流涡轮1与第一行星齿轮机构2连接，所述第一行星齿轮机构2与第二行星齿轮机构3连接，所述第二行星齿轮机构3与永磁发电机4连接，所述机壳中还包括第一变速控制器5，所述第一变速控制器5与第一行星齿轮机构2连接。
进一步作为优选的实施方式，所述第一行星齿轮机构包括前侧行星架21、前侧齿圈22、前侧行星轮23、前侧太阳轮24，所述第二行星齿轮机构3包括后侧太阳轮31、后侧行星架32、后侧齿圈33与后侧行星轮34，所述海流涡轮1与前侧行星架21固定连接，所述前侧齿圈22与后侧行星架32固定连接，所述后侧行星架32与永磁发电机4驱动连接，所述前侧太阳轮24与第一变速控制器5驱动连接。
海流涡轮1与前侧行星架21相连接，将捕获的海流动能转化成为第一行星齿轮的机械动能，该机械动能经由前侧行星轮23和前侧齿圈22输出至后侧行星架32中，并同时汇入到永磁发电机4中，产生电能输出。永磁发电机4的定子直接与电网连接，并将所产生的电功率直接并入到电网中。当然了，海流涡轮除了跟行星架相连接外，还可以是跟齿圈连接，然后对应地行星架在与后侧的行星架相连亦可。
进一步作为优选的实施方式，所述第一变速控制器5包括前侧变流器51与前侧控制电机52，所述前侧变流器51与前侧控制电机52电连接，所述前侧控制电机52的输出轴与前侧太阳轮24驱动连接。
进一步作为优选的实施方式，还包括第二变速控制器6，所述第二变速控制器6包括后侧变流器61与后侧控制电机6，所述后侧变流器61与后侧控制电机62电连接，所述后侧控制电机62的输出轴与后侧太阳轮31驱动连接。
进一步作为优选的实施方式，所述前侧变流器51与后侧变流器61之间通过直流母线和电容相连。
前侧太阳轮与前侧控制电机相连接，后侧太阳轮与后侧控制电机相连接，分别用于将第一行星齿轮与第二行星齿轮的机械动能部分分流到两侧到控制电机中。前侧和后侧到控制电机分别与其对应侧到变流器相连接，两个变流器之间通过直流母线和电容相连。前侧的变流器用于控制前侧控制电机实现机组的变速恒频控制，后侧的变流器用于控制后侧的控制电机实现电网侧的有功和无功功率的调节。
第一行星齿轮用于控制海流涡轮转速的原理为：
上式中，ωi,(i＝1,2,...,14)分别为相应标号元件的转速，其中，ω22＝ω4为发电机4的转速，k1为前侧行星轮系的特征比，即前侧齿圈齿数与太阳轮齿数之比，为一定值。
根据式(1)可知，当发电机转速ω22＝ω4为可以测量得到的已知值时，通过第一变流器控制和改变前侧控制电机的转速ω24，即可以改变海流涡轮转速ω1，使之能够在保持在最佳转速值。
后侧行星轮系的转速转矩关系为
t4＝t31(1+k2)＝t62(1+k2)(3)
上式中，ti,(i＝1,2,...,14)分别为相应标号元件的转矩，其中，t31＝t62为控制电机62的转矩，k2为后侧行星轮系的特征比，即后侧齿圈齿数与太阳轮齿数之比，为一定值。
根据式(2)和(3)可知，发电机4的输出功率，即转速ω4与转矩t4的乘积与控制电机的转速和转矩之间有直接的关系，而发电机电网侧的有功功率、无功功率以及直流母线电压值与发电机的输出功率、转速和转矩之间也存在直接的密切关系。因此，通过变流器控制和改变控制电机的转速和转矩，即可以达到改变和调节发电机端输出电功率以及并网的有功、无功功率和母线电压的效果。
参见图2，前侧变流器通过控制前侧控制电机来实现海流涡轮的转速跟踪控制，并进而实现海流发电机组的无级变速运行、最佳功率点的跟踪和变速恒频控制等一系列功能。该控制架构整体上由d-q双轴控制构成。在q轴控制方面，首先由测量获得的海流流速来计算获得最佳的海流涡轮的转速，并通过一个由比例积分器构成的闭环计算出最佳的q轴电流
参见图3，后侧变流器的控制架构，分别由母线电压控制和无功功率的控制两部分构成。后侧变流器主要用于实现永磁发电机并网连接后的有功和无功功率的调节。母线电压控制的输入为母线电压的参考值
相比于传统的液压变速的海流能机组，本海流能机组采用纯机械传动方式，具有较高的传动效率，无液压油泄露和污染等问题。本发明的无级变速型海流能发电机组具有两组独立的控制电机和变流器，能够分别独立地对海流涡轮对无级变速运行、最佳功率点跟踪以及发电机的输出电能质量实现高效的控制和调节。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。