[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

本發明利用太陽能、風能、潮流能和波浪能多種海洋能，設計出一種適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統。不同海洋能在時間和空間上具有互補性，因而該發電系統可以為平臺的鉆井機提供持續穩定的電能，能夠最大限度地利用海洋能降低燃油消耗。該海洋能發電系統通過并網換流器，可以與海洋平臺的船舶電網長期穩定地并聯運行。所以，當鉆井機消耗功率小于海洋能發電功率時，系統可以通過并網換流器將剩余電能饋送至船舶電網；當鉆井機消耗功率大于海洋能發電功率時，系統可以通過并網換流器將船舶電網電能注入發電系統，補充發電功率的缺額。為了限制發電系統電壓波動幅值，系統配置了儲能單元，利用動力電池充放電改善電壓穩定性。

技術領域

本發明涉及海洋可再生能源發電技術，特別是一種適用于海洋石油平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統。

背景技術

海洋平臺變頻驅動鉆井機是平臺船舶電網的重要負載之一，由泥漿泵、絞車、轉盤和頂驅等眾多鉆井設備組成，用于完成海上石油鉆采作業。船舶電網的柴油發電機組以化石燃料作為能源，在發出電能的同時排放大量的有害氣體污染海洋環境。國際社會越來越認識到，有必要通過全球的努力來減緩環境惡化的趨勢，這是人類文明可持續發展的必由之路，因此，可再生能源受到人們的青睞。海洋平臺常年在海上作業，在它的四周存在豐富的可再生海洋能源，如風能、太陽能、潮流能以及波浪能等，這些能源都可以用于發電，為海洋平臺變頻驅動鉆井機提供電能。由于海洋能的多變性及不穩定性，利用某一單種海洋能提供電能，無法保證供電的連續性和穩定性。

發明內容

本發明利用太陽能、風能、潮流能和波浪能多種海洋能，設計出一種適用于海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統。不同海洋能在時間和空間上具有互補性，因而該發電系統可以為平臺的鉆井機提供持續穩定的電能，能夠最大限度地利用海洋能降低燃油消耗。該海洋能發電系統通過并網換流器，可以與海洋平臺的船舶電網長期穩定地并聯運行。所以，當鉆井機消耗功率小于海洋能發電功率時，系統可以通過并網換流器將剩余電能饋送至船舶電網；當鉆井機消耗功率大于海洋能發電功率時，系統可以通過并網換流器將船舶電網電能注入發電系統，補充發電功率的缺額。為了限制發電系統電壓波動幅值，系統配置了儲能單元，利用動力電池充放電改善電壓穩定性。

針對海洋平臺柴油發電機組存在消耗化石燃料和排放有害氣體的問題，結合海洋平臺四周豐富的可再生海洋能源的現狀，本發明設計了一種海洋平臺變頻驅動鉆井機的海洋能發電系統。該發電系統由太陽能光伏發電、風力發電、潮流發電、波浪能發電以及動力電池儲能裝置組成，并通過并網雙向逆變換流器和隔離變壓器，與海洋平臺的船舶電網長期穩定地并聯運行。該發電系統利用多種海洋能源時空上的互補性，可以在很大程度上為鉆井機負載提供連續穩定的電能。當該發電單元輸出的電能大于鉆井機負載需求時，可以通過并網雙向逆變換流器和隔離變壓器，將多余電能輸送至船舶電網，減少柴油發電機組的燃油消耗；當該發電單元輸出的電能小于鉆井機負載需求時，可以通過并網雙向逆變換流器和隔離變壓器，由船舶電網向發電系統注入電能缺額，確保鉆井機負載正常運行。因此，該發電系統既能充分利用多種海洋能實現節能減排，又能保障鉆井機負載供電的連續性、穩定性和可靠性。

本發明的技術方案如下：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。

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變流器組成。這些發電設備將多種海洋能轉換成電能，通過發電變流器向直流母排注入直流電能。以上4個變流器應用PWM技術，既可以工作在最大功率跟蹤（MPPT）方式，也可以工作在恒壓下垂（CVD）方式。