一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法及裝置。該裝置包括海上浮式平臺(tái)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、“海蛇”式波浪能發(fā)電機(jī)、功率變換器、海上浮式平臺(tái)固定錨鏈和“海蛇”式發(fā)電機(jī)固定錨鏈。風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上浮式平臺(tái)上，海上浮式平臺(tái)通過(guò)錨鏈固定在海床上，4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)放置于海上浮式平臺(tái)附近海面上并通過(guò)錨鏈固定在海床上，功率變換器安裝在海上浮式平臺(tái)內(nèi)，并分別與風(fēng)力發(fā)電機(jī)和4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)連接。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能，電能經(jīng)過(guò)功率變換器變換后由電纜輸送到岸上電網(wǎng)系統(tǒng)；本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法及裝置，屬于漂浮式海上綜合發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、煤等不可再生燃料的漸漸消耗，人們也越來(lái)越把關(guān)注的焦點(diǎn)放在對(duì)海洋能源的利用上，而海洋上的風(fēng)能、波浪能具有巨大的利用空間，而且也是無(wú)污染的環(huán)保能源。海上風(fēng)力發(fā)電是一種具有戰(zhàn)略意義的新能源形式，海上風(fēng)力發(fā)電從淺海的樁柱型向深海的漂浮式發(fā)展是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。而海上浮式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因?yàn)橹徊捎蔑L(fēng)力發(fā)電這種單一新能源發(fā)電技術(shù)，所以對(duì)整個(gè)浮式發(fā)電系統(tǒng)的利用率不高，同時(shí)深海發(fā)電系統(tǒng)的電能儲(chǔ)存和輸送技術(shù)是制約遠(yuǎn)海能源利用的一個(gè)重要因素。作為海洋能源中蘊(yùn)藏最為豐富的能源之一的波浪能也是各國(guó)海洋能研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，英國(guó)海洋動(dòng)力傳遞公司研制的“海蛇”號(hào)(Pelamis)波浪能發(fā)電裝置由若干個(gè)圓柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成，將波浪能轉(zhuǎn)換成液壓能進(jìn)而發(fā)電。因此研究一套由海上浮式風(fēng)力發(fā)電和數(shù)臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)組成的混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有海洋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)功能單一的不足，提出一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法，利用浮式平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)合廣，安裝靈活的優(yōu)點(diǎn)，并且加入了一套由4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)組成的波浪能發(fā)電裝置，提高了系統(tǒng)的利用率；本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用價(jià)值高，推進(jìn)了該發(fā)電裝置在工業(yè)上的應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法:將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上浮式平臺(tái)上，多臺(tái)“海蛇”式波浪能發(fā)電機(jī)放置于海上浮式平臺(tái)附近海面上，能接受不同方向的波浪能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能，電能通過(guò)功率變換器變換后由電纜輸送到岸上電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的裝置采用具體技術(shù)方案如下:
一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、海上浮式平臺(tái)、功率變換器和“海蛇”式發(fā)電機(jī)；所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上浮式平臺(tái)的頂端，海上浮式平臺(tái)通過(guò)錨鏈固定在海床上，“海蛇”式發(fā)電機(jī)通過(guò)固定錨鏈固定在海床上，功率變換器安裝在海上浮式平臺(tái)內(nèi)，并分別與風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)進(jìn)行電氣連接。
[0006]所述“海蛇”式發(fā)電機(jī)的數(shù)量為4臺(tái)。
[0007]所述的功率變換器包括風(fēng)力發(fā)電整流電路、波浪能發(fā)電整流電路、三電平并網(wǎng)逆變電路、PWM控制器和驅(qū)動(dòng)電路；風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端接風(fēng)力發(fā)電整流電路，“海蛇”式發(fā)電機(jī)輸出端分別接波浪能發(fā)電整流電路，風(fēng)力發(fā)電整流電路和波浪能發(fā)電整流電路并聯(lián)在三電平并網(wǎng)逆變電路的直流側(cè)，三電平并網(wǎng)逆變電路的輸出端接電網(wǎng)，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器并聯(lián)在并網(wǎng)逆變電路的三相輸出端，電網(wǎng)電壓傳感器并聯(lián)在電網(wǎng)中，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM控制器，PWM控制器中的DSP芯片(采用TMS320F28335)計(jì)算出6組獨(dú)立的PWM信號(hào)，每組2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，為三電平并網(wǎng)逆變電路的12個(gè)IGBT提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由IGBT驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)三電平并網(wǎng)逆變電路的12個(gè)IGBT工作使三電平并網(wǎng)逆變電路產(chǎn)生并網(wǎng)電壓。
[0008]其中功率變換器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換成并網(wǎng)電能的過(guò)程是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能時(shí)，電能分別經(jīng)過(guò)風(fēng)力發(fā)電整流電路、波浪能發(fā)電整流電路整流后使得并網(wǎng)逆變電路的直流側(cè)電壓恒定，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器檢測(cè)出逆變電路輸出電壓的仏、％、^4，電網(wǎng)電壓傳感器檢測(cè)出電網(wǎng)三相電壓的U#、U#、U>,輸入PWM控制器，PWM控制器中的DSP芯片用U》、%*、減去Ua、Uh, Uc得到Λ Ua, Δ Uh, Δ Uc即U》、%*、與Ua、Uh, Uc的輸出誤差信號(hào)，輸出誤差信號(hào)Λ Ua, A Uh, A Uc經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)并與2組頻率和幅值相同的上下疊層的三角波比較得到6組PWM信號(hào)，每組分別產(chǎn)生2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，共12個(gè)PWM信號(hào)。
[0009]本發(fā)明通過(guò)將風(fēng)力發(fā)電與波浪能發(fā)電裝置結(jié)合，能提高浮式發(fā)電系統(tǒng)的利用率，實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置的主視圖；
圖2是一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置的俯視圖；
圖3是一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置中功率變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
圖4是一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置中功率變換器的PWM控制及驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)圖；
圖5是控制策略示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0012]如圖1至圖5示出了本發(fā)明一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置的【具體實(shí)施方式】:本遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置的實(shí)現(xiàn)方法由浮式發(fā)電平臺(tái)、功率變換器和檢測(cè)控制系統(tǒng)組成:
參見(jiàn)圖1、圖2，該裝置為:包括1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)，2.海上浮式平臺(tái)，3.功率變換器，4.“海蛇”式發(fā)電機(jī)，5.海上浮式平臺(tái)固定錨鏈，6.“海蛇”式發(fā)電機(jī)固定錨鏈。風(fēng)力發(fā)電機(jī)I安裝在海上浮式平臺(tái)2的頂端，4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)4放置于海上浮式平臺(tái)2附近海面上，從而能接受不同方向的波浪能，“海蛇”式發(fā)電機(jī)通過(guò)“海蛇”式發(fā)電機(jī)固定錨鏈6固定，功率變換器3安裝在海上浮式平臺(tái)2內(nèi)，海上浮式平臺(tái)固定錨鏈5將海上浮式平臺(tái)2固定。
[0013]該方法發(fā)電方式為:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的風(fēng)力葉片在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電能；波浪能發(fā)電機(jī)為“海蛇”式發(fā)電機(jī)，每當(dāng)有波浪經(jīng)過(guò)時(shí)，“海蛇”發(fā)電機(jī)的圓筒會(huì)像海蛇的身子一樣隨著波浪上下起伏，關(guān)節(jié)處的上下運(yùn)動(dòng)與側(cè)向運(yùn)動(dòng)會(huì)推動(dòng)圓筒的液壓活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把液壓油從發(fā)動(dòng)機(jī)中間壓過(guò)去，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；“海蛇”式發(fā)電機(jī)由錨鏈固定，保持其水平方向相對(duì)靜止；海上浮式平臺(tái)2由錨鏈5固定，保持其水平方向相對(duì)靜止。
[0014]參見(jiàn)圖3、圖4，該電路為:包括7.風(fēng)力發(fā)電整流電路，8.波浪能發(fā)電整流電路，
9.三電平并網(wǎng)逆變電路，10.并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器，11.電網(wǎng)電壓傳感器，12.PWM控制器，13.1GBT驅(qū)動(dòng)電路；風(fēng)力發(fā)電機(jī)I輸出端接風(fēng)力發(fā)電整流電路7，4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)4輸出端分別接波浪能發(fā)電整流電路8，風(fēng)力發(fā)電整流電路7和波浪能發(fā)電整流電路8并聯(lián)在三電平并網(wǎng)逆變電路9的直流側(cè)，三電平并網(wǎng)逆變電路9的輸出端接電網(wǎng)，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器10并聯(lián)在三電平并網(wǎng)逆變電路9的三相輸出端，電網(wǎng)電壓傳感器11并聯(lián)在電網(wǎng)中，并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器10和電網(wǎng)電壓傳感器11的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM控制器12產(chǎn)生IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0015]該方法并網(wǎng)發(fā)電方式為:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)I和4臺(tái)“海蛇”式發(fā)電機(jī)4在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能時(shí)，電能分別經(jīng)過(guò)風(fēng)力發(fā)電整流電路7、波浪能發(fā)電整流電路8整流后使得三電平并網(wǎng)逆變電路9的直流側(cè)電壓恒定；三電平并網(wǎng)逆變電路9的輸出端接電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器10并聯(lián)在并網(wǎng)逆變電路9的三相輸出端，電網(wǎng)電壓傳感器11并聯(lián)在電網(wǎng)中，并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器10和電網(wǎng)電壓傳感器11的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM控制器12，PWM控制器12中的DSP芯片計(jì)算出6組獨(dú)立的PWM信號(hào)，每組2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，為三電平并網(wǎng)逆變電路9的12個(gè)IGBT提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由IGBT驅(qū)動(dòng)電路13驅(qū)動(dòng)三電平并網(wǎng)逆變電路9的12個(gè)IGBT工作使三電平并網(wǎng)逆變電路9產(chǎn)生并網(wǎng)電壓。
[0016]參見(jiàn)圖5，圖5為一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置的控制策略的實(shí)現(xiàn)方法，并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器10檢測(cè)出逆變電路輸出電壓的Ua、Uh, K，電網(wǎng)電壓傳感器11檢測(cè)出電網(wǎng)三相電壓的％*、％*、K*，輸入PWM控制器12，PWM控制器12中的DSP 芯片用 U》、%*、Uc^ 減去 Ua、Uh, Uc 得到Λ Ua, A Uh, A Uc 即 U》、%*、與 Ua、Uh, Uc 的輸出誤差信號(hào)，輸出誤差信號(hào)Λ Ua, A Uh, A Uc經(jīng)過(guò)PID調(diào)制并與2組頻率和幅值相同的上下疊層的三角波比較得到6組PWM信號(hào)，每組分別產(chǎn)生2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，共12個(gè)PWM信號(hào)。
[0017]本發(fā)明采用TI公司TMS320F28335芯片作為PWM控制器的主要芯片，該DSP芯片TMS320F28335具有6個(gè)獨(dú)立的PWM模塊，每個(gè)模塊可以產(chǎn)生2個(gè)PWM信號(hào)，可以滿足裝置12個(gè)PWM控制信號(hào)的需要。
【權(quán)利要求】
1.一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法，其特征在于:將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上浮式平臺(tái)上，多臺(tái)“海蛇”式波浪能發(fā)電機(jī)放置于海上浮式平臺(tái)附近海面上，能接受不同方向的波浪能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能，電能通過(guò)功率變換器變換后由電纜輸送到岸上電網(wǎng)系統(tǒng)。
2.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電方法的裝置，其特征在于:裝置包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)、海上浮式平臺(tái)(2)、功率變換器(3)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4);所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)安裝在海上浮式平臺(tái)(2)的頂端，海上浮式平臺(tái)(2)通過(guò)錨鏈(5)固定在海床上，“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4)通過(guò)固定錨鏈(6)固定在海床上，功率變換器(3)安裝在海上浮式平臺(tái)(2)內(nèi)，并分別與風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4)進(jìn)行電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4)的數(shù)量為4臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述功率變換器(3)包括風(fēng)力發(fā)電整流電路(7)、波浪能發(fā)電整流電路(8)、三電平并網(wǎng)逆變電路(9)、PWM控制器(12)和驅(qū)動(dòng)電路(13);風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)輸出端接風(fēng)力發(fā)電整流電路(7)，“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4)輸出端接波浪能發(fā)電整流電路(8)，風(fēng)力發(fā)電整流電路(7)和波浪能發(fā)電整流電路(8)并聯(lián)在三電平并網(wǎng)逆變電路(9)的直流側(cè)，三電平并網(wǎng)逆變電路(9)的輸出端接電網(wǎng)，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器(10)并聯(lián)在并網(wǎng)逆變電路(9)的三相輸出端，電網(wǎng)電壓傳感器(11)并聯(lián)在電網(wǎng)中，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器(10)和電網(wǎng)電壓傳感器(11)的輸出信號(hào)輸入PWM控制器(12)，PWM控制器(12)中的DSP芯片計(jì)算出6組獨(dú)立的PWM信號(hào)，每組2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，為三電平并網(wǎng)逆變電路(9 )的12個(gè)IGBT提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由IGBT驅(qū)動(dòng)電路(13)驅(qū)動(dòng)三電平并網(wǎng)逆變電路(9)的12個(gè)IGBT工作使三電平并網(wǎng)逆變電路(9)產(chǎn)生并網(wǎng)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種遠(yuǎn)洋深海浮式風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)和“海蛇”式發(fā)電機(jī)(4)在風(fēng)能和波浪能的作用下發(fā)出電能時(shí)，電能分別經(jīng)過(guò)風(fēng)力發(fā)電整流電路(7)、波浪能發(fā)電整流電路(8)整流后使得并網(wǎng)逆變電路(9)的直流側(cè)電壓恒定，三電平并網(wǎng)逆變器輸出電壓傳感器(10)檢測(cè)出逆變電路輸出電壓，電網(wǎng)電壓傳感器(11)檢測(cè)出電網(wǎng)三相電壓，輸入到PWM控制器(12)，PWM控制器(12)中的DSP芯片處理后得到電網(wǎng)三相電壓與逆變電路輸出電壓的輸出誤差信號(hào)，輸出誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)并與二組頻率和幅值相同的上下疊層的三角波比較得到6組PWM信號(hào)，每組分別產(chǎn)生2個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，共12個(gè)PWM信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種遠(yuǎn)洋深海風(fēng)力及波浪能混合并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述DSP芯片是TMS320F28335。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103629051SQ201310604561
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】陳兆嶺, 丁云, 劉國(guó)海, 錢(qián)鵬, 吳翃軒 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)