[發(fā)明專利]一種波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換分層優(yōu)化控制系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011424248.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112539134A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁崇淦;劉石;王紅星;劉志剛;楊毅;孟金嶺;易斌;冉旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司
• 主分類號(hào): F03B15/00
• 分類號(hào): F03B15/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蘇云輝

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換分層優(yōu)化控制系統(tǒng)和方法，采用三層系統(tǒng)架構(gòu)，分層控制層接收海島微電網(wǎng)的電能調(diào)度指令，并對(duì)功能控制層進(jìn)行管理，同時(shí)也將波浪能發(fā)電裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況上送給海島微電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)，功能控制層接收分層控制層的控制指令，并對(duì)功能實(shí)現(xiàn)層進(jìn)行統(tǒng)一管理，功能實(shí)現(xiàn)層包括波浪能俘獲系統(tǒng)控制單元、液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制單元和電能變換系統(tǒng)控制單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)波浪能俘獲系統(tǒng)、液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及電能變換系統(tǒng)之間的功率匹配及運(yùn)行優(yōu)化，提高波浪能發(fā)電裝置的波浪能?液壓能?電能多級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率及可控性，從而提高波浪能發(fā)電裝置電能輸出的可控性和穩(wěn)定性，有利于波浪能發(fā)電裝置從海島微電網(wǎng)的并網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及波浪能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換分層優(yōu)化控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

由于深遠(yuǎn)海域海島距離陸地主電網(wǎng)長(zhǎng)，海上輸電建設(shè)成本高，難以與陸地主電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，導(dǎo)致遠(yuǎn)離陸地的深遠(yuǎn)海域，海島存在著供電方式單一、供電成本高等問(wèn)題。

波浪能是海洋能中的其中一種，其由海洋表面的波浪運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生，由波動(dòng)水中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能和波面相對(duì)平均水面的垂直位移所具有的勢(shì)能所構(gòu)成。利用波浪能發(fā)電可部分替代深遠(yuǎn)海域海島的柴油發(fā)電，為海島提供可再生的清潔電能，助力深遠(yuǎn)海海島開(kāi)發(fā)建設(shè)。

波浪是一種隨機(jī)發(fā)生的周期性運(yùn)動(dòng)，因此波浪能發(fā)電存在著很強(qiáng)的間歇性和不穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)電能與波浪能的隨機(jī)性和間歇性的解耦，波浪能發(fā)電裝置通常在波浪能-電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中增加液壓蓄能環(huán)節(jié)，形成了液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在目前的采用波浪能-液壓能-電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的波浪能發(fā)電裝置中，更注重于發(fā)電裝置的系統(tǒng)可靠性和對(duì)惡劣海洋環(huán)境的適應(yīng)性，而能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各級(jí)的自動(dòng)控制技術(shù)還有待提高，波浪能發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率、能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的可控性、電能輸出穩(wěn)定性和可控性還存在很大的提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換分層優(yōu)化控制系統(tǒng)和方法，用于有效提高波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換效率、能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的可控性、電能輸出穩(wěn)定性和可控性。

有鑒于此，本申請(qǐng)第一方面提供了一種波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換分層優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括自上而下連接的分層控制層、功能控制層和功能實(shí)現(xiàn)層；

所述分層控制層，用于接收海島微電網(wǎng)的電能調(diào)度指令，對(duì)所述功能控制層進(jìn)行管控和將波浪能發(fā)電裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況上送到海島微電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)；

所述功能控制層，用于接收所述分層控制層的控制指令和所述功能實(shí)現(xiàn)層上送的控制狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)所述功能實(shí)現(xiàn)層進(jìn)行管控；

所述功能實(shí)現(xiàn)層包括波浪能俘獲系統(tǒng)控制單元、液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制單元和電能變換系統(tǒng)控制單元；

所述波浪能俘獲系統(tǒng)控制單元，用于基于波浪能-液壓能最優(yōu)阻尼匹配原則，根據(jù)波浪數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓蓄能壓力，在大浪狀態(tài)下通過(guò)加大液壓蓄能壓力來(lái)提高吸波浮體受到的阻尼，在小浪狀態(tài)下減小液壓蓄能壓力來(lái)降低吸波浮體受到的阻尼；

所述液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制單元，用于對(duì)變排量液壓馬達(dá)的排量閥門進(jìn)行控制，根據(jù)液壓蓄能壓力確定啟動(dòng)液壓馬達(dá)的數(shù)量，并根據(jù)功率輸出指令調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出排量；

所述電能變換系統(tǒng)控制單元，用于根據(jù)所述功能控制層的功率輸出指令控制波浪能發(fā)電裝置電能變換系統(tǒng)的電能輸出，通過(guò)變流器和儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合對(duì)波浪能發(fā)電裝置電能變換系統(tǒng)的電能質(zhì)量和功率特性進(jìn)行控制。

可選地，所述功能實(shí)現(xiàn)層還包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)單元和裝置傾斜監(jiān)測(cè)單元；

所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)單元，用于對(duì)波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將惡劣海況下的波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)受力異常狀況進(jìn)行告警，并上送波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)安全狀況；