半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统和运行方法技术方案

本发明专利技术提供了半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统和运行方法，通过融合多种可再生能源的多能互补，耦合波浪能发电系统、风能发电系统、太阳能光伏发电系统，在有限的空间内充分高效的利用海上能源；合理配置母线电压，控制系统内电能的转换次数和效率，在满足系统供电需求的前提下减少了系统损耗，实现了在半潜式海洋平台上的交流向直流输送电力或直流向交流输送电力的功能。本发明专利技术采用储能系统储存回收波浪能发电系统、组合式垂直轴风机发电系统、柔性太阳能光伏发电系统发出的负载过剩电力，实现了容量在100KW

【技术实现步骤摘要】
半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统和运行方法


[0001]本专利技术属于智能电网
，具体涉及半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统和运行方法。

技术介绍

[0002]随着海洋开发建设规模的不断扩大，海洋平台的用电负荷逐步增加，单独使用燃气供电的方法将难以满足用电需求。
[0003]不同于陆上结构和环境，海上半潜式平台通常为孤岛系统，其电网接入利用能源供能可以节约燃料，降低运行成本，但海上半潜式平台本身的负载功率具有一定的随机性和波动性，其他能源的引入可能会给发电机组的控制带来巨大挑战，并且单一能源可能存在转换效率不足、电能输出不稳定和利用率较低等缺点。对于海上大型结构物来说，海上风能、太阳能、波浪能等多种可再生能源储量丰富，风能和太阳能是最具代表性的两种可再生能源，面对能源危机，各国积极推动利用风力发电机和光伏发电机将风能和太阳能转化为电能。随着科学技术的飞速发展，风力发电技术已经可以通过调节发电机组的桨距和功率转速来最大可能实现风能捕捉，同时光伏行业也实现了第三代钙钛矿太阳能板的量产使用，在提高发电量和电能质量的同时，大大降低了成本。而波浪能作为海洋能的主要能量形态之一，在远离海岸线的海洋深处，波浪会产生巨大的能量，如果能将海浪及其他水波的动能转化为驱动叶轮旋转的机械能，再转化成电能等其它能源，可以有效缓解能源短缺问题并减少超远程能源输送过程中的环境污染，是一条不错的技术路线。
[0004]充分利用海上弃风、弃光和海浪，结合新能源发电技术，对保护海洋生态环境，降低海洋平台运营成本，促进我国环境可持续发展有重要意义。
[0005]另一方面，交直流混合微电网是未来智能电网的重要组成部分。各种分布式电源、储能装置和负载根据各自的输出特性灵活分配到交直流微电网中。多能互补微网是指通过电网对多种能源进行综合管理。目前，传统的电/热/冷负荷分配方式无法实现能源的高效清洁利用，因此考虑将电/热/冷多能互补技术与各种供能设备的合理配置相结合。多能互补微电网发电系统不是简单地将太阳能、风能、燃气或石油发电机、水力发电机等能源组合成一个微电网进行发电。它需要整合多种能源，以弥补半潜式海洋平台单一能源的限制。在增加发电量、稳定发电效果的同时，最大限度地利用可再生能源。
[0006]传统的电力输送对近远海半潜式平台的能源供给损耗过大，对环境存在影响；半潜式海洋平台的电网对海上能源利用不足，存在利用效率低，利用能源单一的问题；海洋平台单一的清洁能源结构发电具有转换效率不足、功率输出不稳定等缺点。
[0007]基于上述要求，需要实现在半潜式海洋平台上的交流向直流变换输送电力，或直流向交流输送电力，并且进行可靠的运行控制。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是：提供半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统和
运行方法，用于实现在半潜式海洋平台上的交流向直流变换输送电力或直流向交流输送电力的功能。
[0009]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，包括发电装置、逆变器、综合控制箱、储能模组和负载模块；发电装置包括波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置、组合式垂直轴风机发电装置；逆变器包括第一AC/DC逆变器、第一DC/DC逆变器、第二AC/DC逆变器、第二DC/DC逆变器、第三DC/DC逆变器、DC/AC逆变器；
[0010]波浪能发电装置依次连接第一AC/DC逆变器和第一DC/DC逆变器；组合式垂直轴风机发电装置依次连接第二AC/DC逆变器和第二DC/DC逆变器；柔性太阳能光伏发电装置连接第三DC/DC逆变器；第一DC/DC逆变器、第二DC/DC逆变器和第三DC/DC逆变器的输出端并联接入综合控制箱；综合控制箱分别连接储能模组和负载模块；AC/DC逆变器、DC/DC逆变器和综合控制箱内部的三相整流器用于对波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂直轴风机发电装置的输出电压进行稳压、调压及恒流处理；综合控制箱还用于将处理后的电压输出给储能模组充电，或把波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂直轴风机发电装置的输出电压另路逆变对负载模块进行供电；
[0011]储能模组通过DC/AC逆变器连接负载模块，用于通过DC/AC逆变器和锁相变频将直流电转换成符合并网要求的交流电，接入电能计量表计量电量后向负载模块并网输电。
[0012]按上述方案，还包括继电器开关；继电器开关包括第一继电器开关、第二继电器开关、第三继电器开关和第四继电器开关；波浪能发电装置通过第一继电器开关连接第一AC/DC逆变器；组合式垂直轴风机发电装置通过第二继电器开关连接第二AC/DC逆变器；柔性太阳能光伏发电装置通过第三继电器开关连接第三DC/DC逆变器；综合控制箱通过第四继电器开关连接储能模组；
[0013]继电器开关用于在发电装置产生的电量超过继电器线圈的阀值时接收综合控制箱的反馈，暂时中断或减缓部分发电装置的运行。
[0014]按上述方案，波浪能发电装置采用多架环绕布置在半潜式海洋平台周围的可升降阵列振荡浮子发电装置；每架可升降阵列振荡浮子发电装置搭载多个捕能浮子；捕能浮子用于利用半潜式海洋平台进行多点吸能，并将机械能传递给同轴的发电机进行发电。
[0015]按上述方案，组合式垂直轴风机发电装置采用多台轴对称布置在半潜式海洋平台顶部的风力发电机组；组合式风机上半部的S型垂直轴风机用于提供启动力矩，下半部的H型垂直轴风机用于高效发电，使任意方向的风带动叶片转动；组合式垂直轴风机发电装置依靠带蓄电器的风轮转动方式传递所捕获的风能，在复杂情况下平缓不稳定的风能，稳定系统内电路。
[0016]按上述方案，柔性太阳能光伏发电装置采用可弯曲的光合硅能单晶半柔性太阳能板，布置在半潜式海洋平台表面，用于减少障碍物遮挡、最大面积地收集太阳能，提高光伏发电的能源利用效率。
[0017]按上述方案，综合控制箱采用集成了管理系统的芯片处理器，用于采集、处理、分析外界信息和内部信息，协调控制系统内电源，最大限度地提高能源利用效率，避免储能模组频繁充放电以及出现过放状况，延长储能模组的使用寿命，提高系统的经济性；充放电控制模组用于应对电源负载波动，维持系统的稳定性，使直流母线输出电压偏差低于
±
10％，
并确保发电装置、储能模组与负载模块之间的能量平衡，输出电压和频率稳定；
[0018]外界信息包括气象信息、水资源信息；内部信息包括负载用电信息、储能模组电量信息、逆变器电气信息和继电器开合信息；
[0019]负载模块为半潜式海洋平台的生活作业系统，用于接收综合控制箱分配的电能并输送给各施工作业结构和生活电路；
[0020]还包括双向逆变器，用于连接综合控制箱和负载模块；
[0021]还包括外接在综合控制箱上的显示屏，用于供操作人员实时观测发电能源数据。
[0022]按上述方案，还包括BMS智能电池管理模块，BMS智能电池管理模块分别连接综合控制箱的充放电控制模组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：包括发电装置、逆变器、综合控制箱、储能模组和负载模块；发电装置包括波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置、组合式垂直轴风机发电装置；逆变器包括第一AC/DC逆变器、第一DC/DC逆变器、第二AC/DC逆变器、第二DC/DC逆变器、第三DC/DC逆变器、DC/AC逆变器；波浪能发电装置依次连接第一AC/DC逆变器和第一DC/DC逆变器；组合式垂直轴风机发电装置依次连接第二AC/DC逆变器和第二DC/DC逆变器；柔性太阳能光伏发电装置连接第三DC/DC逆变器；第一DC/DC逆变器、第二DC/DC逆变器和第三DC/DC逆变器的输出端并联接入综合控制箱；综合控制箱分别连接储能模组和负载模块；AC/DC逆变器、DC/DC逆变器和综合控制箱内部的三相整流器用于对波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂直轴风机发电装置的输出电压进行稳压、调压及恒流处理；综合控制箱还用于将处理后的电压输出给储能模组充电，或把波浪能发电装置、柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂直轴风机发电装置的输出电压另路逆变对负载模块进行供电；储能模组通过DC/AC逆变器连接负载模块，用于通过DC/AC逆变器和锁相变频将直流电转换成符合并网要求的交流电，接入电能计量表计量电量后向负载模块并网输电。2.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：还包括继电器开关；继电器开关包括第一继电器开关、第二继电器开关、第三继电器开关和第四继电器开关；波浪能发电装置通过第一继电器开关连接第一AC/DC逆变器；组合式垂直轴风机发电装置通过第二继电器开关连接第二AC/DC逆变器；柔性太阳能光伏发电装置通过第三继电器开关连接第三DC/DC逆变器；综合控制箱通过第四继电器开关连接储能模组；继电器开关用于在发电装置产生的电量超过继电器线圈的阀值时接收综合控制箱的反馈，暂时中断或减缓部分发电装置的运行。3.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：波浪能发电装置采用多架环绕布置在半潜式海洋平台周围的可升降阵列振荡浮子发电装置；每架可升降阵列振荡浮子发电装置搭载多个捕能浮子；捕能浮子用于利用半潜式海洋平台进行多点吸能，并将机械能传递给同轴的发电机进行发电。4.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：组合式垂直轴风机发电装置采用多台轴对称布置在半潜式海洋平台顶部的风力发电机组；组合式风机上半部的S型垂直轴风机用于提供启动力矩，下半部的H型垂直轴风机用于高效发电，使任意方向的风带动叶片转动；组合式垂直轴风机发电装置依靠带蓄电器的风轮转动方式传递所捕获的风能，在复杂情况下平缓不稳定的风能，稳定系统内电路。5.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：柔性太阳能光伏发电装置采用可弯曲的光合硅能单晶半柔性太阳能板，布置在半潜式海洋平台表面，用于减少障碍物遮挡、最大面积地收集太阳能，提高光伏发电的能源利用效率。6.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：综
合控制箱采用集成了管理系统的芯片处理器，用于采集、处理、分析外界信息和内部信息，协调控制系统内电源，最大限度地提高能源利用效率，避免储能模组频繁充放电以及出现过放状况，延长储能模组的使用寿命，提高系统的经济性；充放电控制模组用于应对电源负载波动，维持系统的稳定性，使直流母线输出电压偏差低于
±
10％，并确保发电装置、储能模组与负载模块之间的能量平衡，输出电压和频率稳定；外界信息包括气象信息、水资源信息；内部信息包括负载用电信息、储能模组电量信息、逆变器电气信息和继电器开合信息；负载模块为半潜式海洋平台的生活作业系统，用于接收综合控制箱分配的电能并输送给各施工作业结构和生活电路；还包括双向逆变器，用于连接综合控制箱和负载模块；还包括外接在综合控制箱上的显示屏，用于供操作人员实时观测发电能源数据。7.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统，其特征在于：还包括BMS智能电池管理模块，BMS智能电池管理模块分别连接综合控制箱的充放电控制模组和储能模组，BMS智能电池管理模块包括充放电保护模块、均衡控制模块、电流检测模块、容量控制模块、实时数据管理模块；充放电保护模块用于以储能端电压为参...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴威，殷乐，何林，秦渲雅，卞安祺，何纤纤，许梦桐，余象鹏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：