一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统及其运行控制方法技术方案

本申请公开了一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统及其运行控制方法，所述系统包括波浪能捕获驱动装置、永磁同步发电机、机侧变流器、直流母线、储能系统、直流负荷、网侧变流器和交流负荷；波浪能捕获驱动装置驱动永磁同步发电机运行发电；机侧变流器的交流侧与永磁同步发电机的定子输出侧连接；机侧变流器与网侧变流器的直流侧通过直流母线互联；储能系统和直流负荷并联接入直流母线；网侧变流器的交流侧为就地的交流负荷提供交流母线。本申请实现了波浪能发电装置与储能系统、光伏系统、交直流用电负荷的一体化、模块化融合，就地为独立用电场景下的交直流多样化负荷提供持续、可靠、清洁的电力供给。

【技术实现步骤摘要】
一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统及其运行控制方法
本专利技术属于波浪能发电控制
，涉及一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统及其运行控制方法。
技术介绍
波浪能发电(wavepowergeneration)即利用海浪运动的机械能转换为电能输出，是目前海洋能发电应用和研究的热点之一。波浪能在开发过程中对环境影响最小，是品位最高的海洋能源，有着广阔的商用前景。全球波浪能流储量平均可达1～10TW，英国海岸线可开采的波浪能储量每年接近50TWh，挪威海岸线为23TWh，日本和美国西海岸的海岸线估计有10～15TWh和25TWh可开发的波浪能资源。我国大陆海岸线长达一万八千公里，波浪能总储量高达7～17TWh，其中渤海、黄海和东海占1TWh，在清洁可再生能源中具有得天独厚的开发潜力。目前对于波浪能发电技术的研发与应用多聚焦于波浪能发电装置本体，重点在于突破波浪能发电装置的最大能量捕获技术、波浪能发电装置在恶劣海况下的生存技术。目前，大规模波浪能发电的成本还难以与常规能源发电竞争，但特殊用途的小功率、独立性的波浪能发电，已在导航灯浮标、灯桩、灯塔等上获得推广应用。在边远海岛，小型波浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。由于波浪能发电系统的广域分散性导致并网汇流送出的成本较高，因此波浪能发电系统的就地独立供电将是波浪能开发应用最为经济可行的一种方式。通过波浪能发电系统的就地独立部署，可为偏远海岛、海洋牧场、海洋平台等场景提供清洁、持续的电力供给，进而带动海洋资源开发、海洋养殖、海岛建设等相关产业的发展，并可为我国海防军事提供持续、可靠性的电力保障支持。现有的波浪能发电独立供电技术方案中，普遍将波浪能发电装置与储能系统、光伏系统进行协同开发，没有考虑不同场景下不同类型交直流负荷的用电需求。同时，现有的技术方案没有考虑光、储等分布式电源以及交直流负荷与波浪能发电装置的一体化融合，从而导致了系统的组网及运行控制难度大，缺乏统一的模块化、标准化方案。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统及其运行控制方法，将波浪能发电装置、光伏系统、储能系统以及交直流负荷用电系统进行一体化融合，满足独立海岛、海洋牧场、海洋平台等场景提供清洁、持续、可靠的电力供给需求，达到“海能海用、就地取能”的目的，进而带动我国海洋经济的发展。为了实现上述目标，本申请采用如下技术方案：一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，所述波浪能发电系统包括波浪能捕获驱动装置、永磁同步发电机、机侧变流器、储能系统、直流负荷、网侧变流器和交流负荷；所述波浪能捕获驱动装置驱动永磁同步发电机运行发电；所述机侧变流器的交流侧与永磁同步发电机的定子输出侧连接；所述机侧变流器用于控制永磁同步发电机的定子电流；所述机侧变流器与网侧变流器的直流侧互联；所述储能系统、直流负荷并联接入机侧变流器与网侧变流器之间；所述网侧变流器的交流侧为就地的交流负荷提供交流母线。本专利技术进一步包括以下优选方案：优选地，所述波浪能捕获驱动装置、永磁同步发电机以及机侧变流器均安置于波浪能发电装置的本体装置中。优选地，所述网侧变流器和储能系统均就近与各类用电场景中的交直流负荷就地部署。优选地，所述机侧变流器与网侧变流器的直流侧通过直流母线互联；所述储能系统、直流负荷并联接入直流母线。优选地，所述机侧变流器与网侧变流器之间的直流母线采用海底电缆。优选地，所述波浪能发电系统还包括直流光伏系统，直流光伏系统与储能系统和直流负荷并联接入直流母线。优选地，所述直流光伏系统就近与各类用电场景中的交直流负荷就地部署。优选地，所述直流光伏系统运行于最大能量捕获模式。优选地，所述永磁同步发电机运行于最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)模式；所述机侧变流器运行于P/Q模式，用于实现对波浪能的最大能量捕获；所述储能系统运行于恒定电压输出模式，用于维持直流母线的电压稳定，进而保障机侧变流器与网侧变流器的稳定运行以及直流负荷的可靠供电；所述网侧变流器运行于V/F模式，输出频率及幅值稳定的三相电压，保障交流负荷的持续、稳定运行。优选地，所述机侧变流器和网侧变流器均采用三相半桥VSR结构。优选地，所述三相半桥VSR结构包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管；第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管；直流滤波电容；以及第一交流三相滤波电感、第二交流三相滤波电感、第三交流三相滤波电感；所述第一功率开关管、第三功率开关管和第五功率开关管的漏极均接到直流侧直流滤波电容的正极；第一功率开关管、第三功率开关管和第五功率开关管的源极分别与第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的漏极相连接；第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的源极均接到直流侧直流滤波电容的负极；所述第一续流二极管、第三续流二极管、第五续流二极管、第二续流二极管、第四续流二极管和第六续流二极管分别反并联在第一功率开关管、第三功率开关管、第五功率开关管、第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的漏--源极之间；所述第一交流三相滤波电感、第二交流三相滤波电感、第三交流三相滤波电感为交流侧滤波电感；所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管的通断控制，用于实现所述三相半桥VSR结构整流状态、逆变状态的转换及直流侧电压、交流侧有功/无功功率的控制。优选地，所述储能系统采用蓄电池组储能，蓄电池组并联接入BUCK-BOOST双向斩波器的低压侧；所述BUCK-BOOST双向斩波器的高压侧并联接入直流母线，蓄电池组通过BUCK-BOOST双向斩波器进行充放电控制。优选地，所述BUCK-BOOST双向斩波器包括储能电感、第七功率开关管、第八功率开关管和第七续流二极管、第八续流二极管；蓄电池组的正极经储能电感接到第七功率开关管的漏极和第八功率开关管的源极；所述第七功率开关管的源极接入蓄电池组的负极，第八功率开关管的漏极接入直流母线；所述第七续流二极管、第八续流二极管分别反并联到第七功率开关管、第八功率开关管的漏--源极之间；所述第七功率开关管及第八功率开关管的通断控制，用于实现能量在低压侧与高压侧之间的双向调节。优选地，所述储能系统中，BUCK-BOOST双向斩波器的控制逻辑为：将来源于直流母线的电压采样值Udc与直流母线的电压控制目标Udc_ref进行比较；通过PI环节得到BUCK-BOOST双向斩波器的电感电流控制目标值；经过实际电感电流iL的比较，再经PI环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：/n所述波浪能发电系统包括波浪能捕获驱动装置(1)、永磁同步发电机(2)、机侧变流器(3)、储能系统(5)、直流负荷(6)、网侧变流器(8)和交流负荷(9)；/n所述波浪能捕获驱动装置(1)驱动永磁同步发电机(2)运行发电；/n所述机侧变流器(3)的交流侧与永磁同步发电机(2)的定子输出侧连接，机侧变流器(3)用于控制永磁同步发电机(2)的定子电流；/n所述机侧变流器(3)与网侧变流器(8)的直流侧互联；/n所述储能系统(5)、直流负荷(6)并联接入机侧变流器(3)与网侧变流器(8)之间；/n所述网侧变流器(8)的交流侧为就地的交流负荷(9)提供交流母线。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述波浪能发电系统包括波浪能捕获驱动装置(1)、永磁同步发电机(2)、机侧变流器(3)、储能系统(5)、直流负荷(6)、网侧变流器(8)和交流负荷(9)；
所述波浪能捕获驱动装置(1)驱动永磁同步发电机(2)运行发电；
所述机侧变流器(3)的交流侧与永磁同步发电机(2)的定子输出侧连接，机侧变流器(3)用于控制永磁同步发电机(2)的定子电流；
所述机侧变流器(3)与网侧变流器(8)的直流侧互联；
所述储能系统(5)、直流负荷(6)并联接入机侧变流器(3)与网侧变流器(8)之间；
所述网侧变流器(8)的交流侧为就地的交流负荷(9)提供交流母线。


2.根据权利要求1所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述波浪能捕获驱动装置(1)、永磁同步发电机(2)以及机侧变流器(3)均安置于波浪能发电装置的本体装置中。


3.根据权利要求1所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述网侧变流器(8)和储能系统(5)均就近与各类用电场景中的交直流负荷就地部署。


4.根据权利要求1所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述机侧变流器(3)与网侧变流器(8)的直流侧通过直流母线(4)互联；
所述储能系统(5)、直流负荷(6)并联接入直流母线(4)。


5.根据权利要求4所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述机侧变流器(3)与网侧变流器(8)之间的直流母线(4)采用海底电缆。


6.根据权利要求4所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述波浪能发电系统还包括直流光伏系统(7)，直流光伏系统(7)与储能系统(5)和直流负荷(6)并联接入直流母线(4)。


7.根据权利要求6所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述直流光伏系统(7)就近与各类用电场景中的交直流负荷就地部署。


8.根据权利要求6所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述直流光伏系统(7)运行于最大能量捕获模式。


9.根据权利要求4所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述永磁同步发电机(2)运行于MPPT模式；
所述机侧变流器(3)运行于P/Q模式，用于实现对波浪能的最大能量捕获；
所述储能系统(5)运行于恒定电压输出模式，用于维持直流母线(4)的电压稳定，用于保障机侧变流器(3)与网侧变流器(8)的稳定运行以及直流负荷(6)的可靠供电；
所述网侧变流器(8)运行于V/F模式，输出频率及幅值稳定的三相电压，保障交流负荷(9)的运行。


10.根据权利要求9所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述机侧变流器(3)和网侧变流器(8)均采用三相半桥VSR结构。


11.根据权利要求10所述的一种用于满足交直流独立供电的波浪能发电系统，其特征在于：
所述三相半桥VSR结构包括第一功率开关管(G1)、第二功率开关管(G2)、第三功率开关管(G3)、第四功率开关管(G4)、第五功率开关管(G5)、第六功率开关管(G6)；
第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、第三续流二极管(D3)、第四续流二极管(D4)、第五续流二极管(D5)、第六续流二极管(D6)；
直流滤波电容(C1)；
以及第一交流三相滤波电感(L1)、第二交流三相滤波电感(L2)、第三交流三相滤波电感(L3)；
所述第一功率开关管(G1)、第三功率开关管(G3)和第五功率开关管(G5)的漏极均接到直流侧直流滤波电容(C1)的正极；
所述第一功率开关管(G1)、第三功率开关管(G3)和第五功率开关管(G5)的源极分别与第二功率开关管(G2)、第四功率开关管(G4)和第六功率开关管(G6)的漏极相连接；
所述第二功率开关管(G2)、第四功率开关管(G4)和第六功率开关管(G6)的源极均接到直流侧直流滤波电容(C1)的负极；
所述第一续流二极管(D1)、第三续流二极管(D3)、第五续流二极管(D5)、第二续流二极管(D2)、第四续流二极管(D4)和第六续流二极管(D6)分别反并联在第一功率开关管(G1)、第三功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：于芃，程艳，孙树敏，张用，滕玮，刘兴华，王士柏，赵鹏，王玥娇，魏大钧，李广磊，王楠，张兴友，左新斌，李笋，邢家维，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37