CN104989596A - 一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机和海上风电平台支撑体连接组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体穿过上平台与下平台连接，上平台和下平台之间等角度排列至少三组液压缸，每组液压缸的两端分别铰接在上平台与下平台上，液压缸与下平台上的波浪能发电装置相连，海上发电风机与波液换能装置发出的电经发电装置控制系统调节后通过海底电缆投入陆上电网，下平台通过系泊锚链固定，本发明充分利用海上资源，提高海上风电场的整体经济性，降低波浪能发电的成本。

Description

一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置
技术领域
本发明涉及海上风电和海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置。
背景技术
目前，海上风电技术已经日益成熟，我国已开始建造海上风电场。海上风电场选址要求一定的风速和较强的风力，由于波浪能的产生本身来自于风力，所以海上风电场同时也是波浪能资源富集的场所。把海上风电的开发同波浪能资源的利用结合在一起，可以有效地扩充海上电厂的发电能力，提高海上电厂的整体经济性。
波浪能发电的技术形式多种多样，但是每种技术都有自己的特点和适用范围。例如筏式发电装置单机功率较大但是需要布置在深海(40米以上)；牡蛎式发电装置的发电设备在陆上，通过液压管道传递能量，所以要求距离海岸近(1km内)。而传统的点浮式发电装置使用直线发电机，成本昂贵。
目前，海上风电机组的支撑结构多为固定基础，分为桩基础结构，导管架基础结构，重力式结构，负压桶式结构。固定基础适应的水深只限在30m左右，而在水深60-900米处的海上风力资源达到1533Gw。为了更充分利用风力资源，人们提出了浮式基础的风电装置，浮式基础的缺点在于受到海浪影响，装置整体的稳定性差。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，装置整体的稳定性好，降低发电成本。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机1和海上风电平台支撑体2连接组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体2穿过上平台3与下平台6连接，上平台3和下平台6之间等角度排列至少三组液压缸4，每组液压缸4的两端分别铰接在上平台3与下平台6上，液压缸4与下平台6上的波浪能发电装置5相连，海上发电风机1与波液换能装置5发出的电经发电装置控制系统调节后通过输电线8投入陆上电网，下平台6通过系泊锚链7固定。
所述的波浪能发电装置5包括阀块5-3，液压缸4的油路接口通过阀块5-3控制，阀块5-3的高压油路和蓄能器5-4联通，阀块5-3的低压油路通过过滤器5-6和油箱5-5联通，与发电机5-7连接的变量液压马达5-2分别和蓄能器5-4、油箱5-5联通。
所述的发电装置控制系统包括两组以上的关节控制卡15，关节控制卡15和快速路由器11的第一输入/输出连接，快速路由器11的第二输入/输出和风机控制卡12连接，快速路由器11的第三输入/输出通过环境控制卡13和变压器控制卡14连接，快速路由器11的第四输入/输出和工控机10连接，工控机10和岸上控制单元9连接。
所述的关节控制板卡15与快速路由器11通过网路协议沟通，风机控制卡12及关节控制卡15均为FPGA实时控制板卡，控制周期短，在4-10ms内完成信号输入，计算和输出的控制过程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、将海上风电同波浪能发电装置相结合，共用海上风电平台，不但提高了装置的整体发电功率，增加了发电量和有效工作小时数，而且降低了投资成本。
2、浮式基础与固定基础相比，不需要在水面下固定，在发同等功率电的条件下，降低了生产成本。
3、浮式基础的海上风电与海洋波浪能联合发电装置与固定基础装置相比，适用范围更广，可以充分利用近远海的海洋风能和波浪能资源。
4、与传统波浪能发电装置相比，由于波浪能发电装置放置于海面之上，对密封盒防腐的要求降低，同时方便了维护。
5、波浪能发电装置的实时控制系统，可以根据即时的海况来改变波液换能装置的参数、输入和输出，通过对各种阀门开度和联通的控制，有效地提高发电效率。
6、液压缸4在海浪的作用下做阻尼运动，可以吸收海浪对发电平台的冲击，保证上平台3和下平台6的稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为波浪能发电装置5的结构示意图。
图3为海上风能与海洋波浪能联合发电装置控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的说明。
参照图1，一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机1和海上风电平台支撑体2连接组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体2穿过上平台3与下平台6连接，上平台3和下平台6之间等角度排列至少三组液压缸4，每组液压缸4的两端分别铰接在上平台3与下平台6上，液压缸4与下平台6上的波浪能发电装置5相连，海上发电风机1与波浪能发电装置5发出的电经发电装置控制系统调节后通过输电线8投入陆上电网，下平台6通过系泊锚链7固定。
参照图2，所述的波浪能发电装置5包括阀块5-3，液压缸4的油路接口通过阀块5-3控制，阀块5-3的高压油路和蓄能器5-4联通，阀块5-3的低压油路通过过滤器5-6和油箱5-5联通，与发电机5-7连接的变量液压马达5-2分别和蓄能器5-4、油箱5-5联通。
参照图3，所述的发电装置控制系统包括两组以上的关节控制卡15，关节控制卡15和快速路由器11的第一输入/输出连接，快速路由器11的第二输入/输出和风机控制卡12连接，快速路由器11的第三输入/输出通过环境控制卡13和变压器控制卡14连接，快速路由器11的第四输入/输出和工控机10连接，工控机10和岸上控制单元9连接。
所述的关节控制板卡15与快速路由器11通过网路协议沟通，风机控制卡12及关节控制卡15均为FPGA实时控制板卡，控制周期短，在4-10ms内完成信号输入，计算和输出的控制过程。
本发明的工作原理为：
一方面，发电风机1在风力的推动下做旋转运动，将风力装换为机械能，驱动发电机5-7发电；另一方面，上平台3与下平台6在波浪的作用下产生相对运动，把波浪能转换为液压缸4往复运动的机械能，液压缸4运动过程中，通过控制阀块5-3，保证将液压缸4的压缩腔室输出的高压油送入高压油路中，同时低压腔室不断地从油箱5-5中吸收低压油，高压油源源不断地通过高压油路送入蓄能器5-4中，蓄能器5-4接受的为不连续且大小变化的不稳定液压能，输出时通过阀块5-3控制节流，变为平滑稳定的液压能；蓄能器5-4输出的高压油通过变量液压马达5-2将液压能转化为旋转运动的机械能，驱动发电机5-7将机械能转化为电能。
波浪能发电装置5的控制策略如下：波浪能发电装置5的关节控制板卡15实时控制波浪换能装置的动作对不同的波浪做出反应，环境控制卡13和多个传感器相连接受周边环境的信息并做出反应，当环境极为恶劣时控制变压器控制卡14实现整个系统的停机和启动以保护装置，快速路由器11通过网络协议和各控制板卡连接，工控机10接收板快速路由器11从各板卡传递来的信号和岸上控制单元9发来的信号根据实际情况做出各种控制命令，下达给各关节控制卡15。

Claims (4)

1.一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机（1）和海上风电平台支撑体（2）连接组成的海上风电装置，其特征在于：海上风电平台支撑体（2）穿过上平台（3）与下平台（6）连接，上平台（3）和下平台（6）之间等角度排列至少三组液压缸（4），每组液压缸（4）的两端分别铰接在上平台（3）与下平台（6）上，液压缸（4）与下平台（6）上的波浪能发电装置（5）相连，海上发电风机（1）与波液换能装置（5）发出的电经发电装置控制系统调节后通过输电线（8）投入陆上电网，下平台（6）通过系泊锚链（7）固定。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：所述的波浪能发电装置（5）包括阀块（5-3），液压缸（4）的油路接口通过阀块（5-3）控制，阀块（5-3）的高压油路和蓄能器（5-4）联通，阀块（5-3）的低压油路通过过滤器（5-6）和油箱（5-5）联通，与发电机（5-7）连接的变量液压马达（5-2）分别和蓄能器（5-4）、油箱（5-5）联通。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：所述的发电装置控制系统包括两组以上的关节控制卡（15），关节控制卡（15）和快速路由器（11）的第一输入/输出连接，快速路由器（11）的第二输入/输出和风机控制卡（12）连接，快速路由器（11）的第三输入/输出通过环境控制卡（13）和变压器控制卡（14）连接，快速路由器（11）的第四输入/输出和工控机（10）连接，工控机（10）和岸上控制单元（9）连接。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：所述的关节控制板卡（15）与快速路由器（11）通过网路协议沟通，风机控制卡（12）及关节控制卡（15）均为FPGA实时控制板卡，控制周期短，在4-10ms内完成信号输入，计算和输出的控制过程。
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