[發明專利]適用于海洋石油平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統

有效

• 申請號: 201710432317.6
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107269454B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 沈愛弟;高迪駒;褚建新;顧偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: F03B13/14
• 分類號: F03B13/14;F03B13/26;F03B15/00;F03D7/00;F03D9/25;F03D9/11;H02J3/38
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

1.一種適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統，包括發電單元、儲能單元、并網單元、負載單元、直流母排和控制器；其特征在于：

發電單元包括太陽能光伏電池、光伏電池DC/DC變流器、風能發電機、風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機、波浪能發電機AC/DC變流器；太陽能光伏電池、風能發電機、潮流能發電機、波浪能發電機、波浪能發電機AC/DC變流器將海洋能轉換成電能，通過相應的光伏電池DC/DC變流器、風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器向直流母排注入直流電能；光伏電池DC/DC變流器、風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器為PWM變流器，既可以工作在最大功率跟蹤方式，也可以工作在恒壓下垂方式；

儲能單元包括動力電池和動力電池雙向DC/DC變流器；動力電池雙向DC/DC變流器具有充電、放電和待機3種運行狀態，以及恒壓下垂和限流2種工作方式；在船舶電網故障擾動運行模式下，儲能單元利用雙向DC/DC變流器，通過充電或放電來穩定直流母排電壓；當動力電池荷電狀態超出上下限范圍時，動力電池被禁止充放電，避免出現過充或過放現象；

并網單元包括并網雙向AC/DC變流器和隔離變壓器，將直流母排接入船舶電網，實現所述適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統與船舶電網兩者的并聯運行；并網雙向AC/DC變換器具有逆變、整流、待機3種運行狀態，以及恒壓下垂和限流2種工作方式；控制器對并網單元進行運行狀態和工作方式切換，控制所述適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統與船舶電網之間的功率交換；當發電單元故障失效時，船舶電網獨立供電鉆井機負載；并網雙向AC/DC變流器在過載狀態下處于限流方式，否則工作在恒壓下垂方式；

負載單元包括平臺鉆井機逆變器和鉆井機電動機；鉆井機電動機連接平臺鉆井機逆變器，平臺鉆井機逆變器連接直流母排；

控制器連接直流母排以及動力電池雙向DC/DC變流器、光伏電池DC/DC變流器、風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器，根據直流母排的電壓控制動力電池雙向DC/DC變流器、光伏電池DC/DC變流器、風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器的運行狀態與工作方式，調節各變流器的電能流；

控制器采用電壓滯環控制方法，設置運行模式變量，標識發電系統當前運行模式；發電系統運行模式切換前后的直流母排電壓信號差值稱為回差；如果直流母排電壓由低向高變化，當直流母排電壓大于相鄰高模式切換點閾值與回差的一半之和時，控制器的電壓滯環控制模塊翻轉，將發電系統控制為相鄰高模式，運行模式變量更新為當前高運行模式；如果直流母排電壓由高向低變化，當直流母排電壓小于相鄰低模式切換點閾值與回差的一半之差時，控制器的電壓滯環控制模塊翻轉，將發電系統控制為相鄰低模式，運行模式變量更新為當前低運行模式。

2.如權利要求1所述的適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統，其特征在于：根據直流母排電壓的變化，控制器讓所述適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統工作在以下5種不同的運行模式：

運行模式1：U_dc≤U_L2

并網雙向AC/DC變流器工作在恒壓下垂方式，通過整流將船舶電網功率注入直流母排，維持所述適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統能量平衡，恒定直流母排電壓；風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器工作在最大功率跟蹤MPPT方式，提高海洋能發電效率；動力電池雙向DC/DC變流器，根據動力電池的SOC值，工作在限流放電方式或待機狀態；

運行模式2：U_L2＜U_dc≤U_L1

儲能單元投入運行，動力電池雙向DC/DC變流器工作在恒壓下垂方式，通過釋放動力電池功率，補償發電單元的功率缺額，并起到恒定直流母排電壓的作用；風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器工作在最大功率跟蹤MPPT方式，以最高效率輸出電能；而并網雙向AC/DC變流器處于待機狀態不參與能量交換；

運行模式3：U_L1＜U_dc＜U_H1

發電變流器工作在最大功率跟蹤MPPT方式；并網雙向AC/DC變流器處于待機狀態不參與能量交換；動力電池雙向DC/DC變流器工作在待機狀態不參與能量交換；

運行模式4：U_H1≤U_dc＜U_H2

并網雙向AC/DC變流器處于待機狀態不參與能量交換；動力電池雙向DC/DC變流器工作在恒壓下垂方式，向動力電池充電，通過吸收功率降低并穩定直流母排電壓；當動力電池SOC充電至極限，動力電池雙向DC/DC變流器轉入待機狀態，而風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器由最大功率跟蹤MPPT工作方式轉為恒壓下垂方式，降低輸出功率，維持功率平衡，恒定直流母排電壓；

運行模式5：U_dc≥U_H2

并網雙向AC/DC變流器工作在恒壓下垂方式，通過逆變將直流母排剩余功率注入船舶電網，維持發電系統能量平衡，恒定直流母排電壓；動力電池雙向DC/DC變流器，根據動力電池SOC值，工作在充電狀態或者待機狀態；風能發電機AC/DC變流器、潮流能發電機AC/DC變流器、波浪能發電機AC/DC變流器工作在最大功率跟蹤MPPT方式，提高海洋能發電效率；

其中，U_dc為直流母排電壓，U_dcn為直流母排額定電壓，U_H2、U_H1、U_L1、U_L2為不同控制模式切換點的電壓閾值，U_H2＝105％U_dcn，U_H1＝102％U_dcn，U_L1＝98％U_dcn，U_L2＝95％U_dcn。