CN106992539A - 一种波浪能发电电能处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了公开了一种波浪能发电电能处理装置；所述装置包括：自适应升压单元，传输单元，蓄电池组、功率控制单元和逆变器单元，整个装置通过对各单元的逻辑控制，大大提升波浪能发电系统的整体效率，适应不同波浪强度，且兼容各种不同类型的波浪能发电系统。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能发电领域，尤其涉及一种将波浪能发电后的电能进行功率变换、传输、管理、利用和保护的技术。
背景技术
波浪能利用装置种类多样，但一般主要分为两个部分：一是波浪能采集装置，用于获得波浪能；二是机械能和电能转换装置，用于将获得的波浪能转换为某种特定形式的机械能或电能。采集装置的形式有振荡浮子式、悬挂摆式、鸭式、筏式、蚌式等，同时将电能进行进一步的变换和控制以便最终用户使用。
振荡浮子式工作原理是通过浮子的上下浮动从而捕获波浪能量，再通过传动装置将波浪能转换成液压能或旋转的机械能，最后通过相连的发电机转换成电能，为一些小功率比如导航灯，浮标等提供电力。振荡浮子式的主要优点是其建造方便，投放点机动灵活，缺点是其水动力学性能不佳，未能达到较高的转换效率，抗冲击性也较差。悬摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性，摆式波能装置的转换效率较高；但是受限于适用波况，对设计要求较高；在设计波况下有较高的一次能量捕获效率，而在非设计波况下，悬挂摆式波浪能发电装置的一次能量捕获效率较低。筏式波浪能发电技术通过漂在水面的、筏体首尾铰接形成长度方向顺浪布置的整体来俘获波浪能，再通过两筏体之间铰接处相对运动的液压系统驱动发电机发电；该类波浪能发电装置具有较好的可靠性，在设计波况下具有较高的系统效率。整体性和抗波浪冲击能力较好，能量传递效率较好，发电稳定性好；但其迎波面较小，单位价值材料所获取的能量较小，导致实体尺寸过大，投入较高；同时由于波浪功率密度低，不稳定，利用难以及实际采用发电机类型繁多，造成输出电压及其不稳定，具体又表现为幅值低，频率低，功率小，效率低，还无法真正满足实际的需求，还面临着许多挑战，效率有待提高，整机结构设计，成本等还需要优化，可靠性和经济效率需要改善，此外还面临着转换装置的电力传输、运转可靠性、装置保护等问题。
可见，现有技术中仍然存在一定的问题，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供波浪能发电后的电能处理系统，能够克服现有效率不高兼容性不强，可靠性低，稳定性差等缺点，保证整体波浪能稳定可靠高效的利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种波浪能发电电能处理装置，兼容各种波浪能采集和转换发电装置,比如振荡浮子式、悬挂摆式、鸭式、筏式、蚌式等,将此类装置的原始发电输出,经过高压变换,储能及功率管理,最后送达核心逆变器,完成并网或给负载供电；该波浪能发电电能处理装置，其特征在于：采用独立的高压变换方式,发电输出后的中间电力传输环节采用高压直流,后端逆变器采用高压直流输入逆变器,同时使用合理的功率控制,并结合蓄电池储能,实现波浪能连续稳定发电和利用；该装置包括水下部分、传输部分和水上部分，其中，水下部分结构方面采用密封设计,包括整流单元和自适应升压单元，将波浪能发电装置输出的不稳定的交流电进行整流，将输出流后的电压升压为直流高压；传输部分，通过高压传输到岸上；水上部分包含蓄电池组、功率控制单元和逆变器单元,以实现功率调节和逆变并网或给负载设备供电。
优选的，所述自适应升压单元采用极宽的电压和频率输入范围,兼容各种不同类型的波浪能采集和转换发电装置；其中交流0～400v，频率0～70hz，直流80～800v。
优选的，所述传输部分采用1000v高压直流传输，减少线路损耗，进一步提高系统效率。
优选的，所述水下部分采用全密封设计,内部电路板均采用特殊定制的保护漆。
优选的，所述逆变单元采用模块化设计，整个电能处理装置功率约10kw,可以多个模块并联。
为了解决由于波浪能发电输出电压幅值低，频率低，不稳定带来的电能利用难问题，此电能处理装置输入端采用交错并联BOOST变换及控制技术,其特点为兼容宽输入，升压比高；同时采用高频数字化控制，变换器效率大大提高。
为了解决波浪能发电效率低下及电能远距离传输利用问题,此电能处理装置采用增加高压直流传输环节,传输到岸上后再利用后级逆变单元将直流电转换为交流电；同时,逆变器也采用高频数字化控制,采用多电平主拓扑电路和先进的IPM功率半导体模块及PWM控制技术,使得逆变器性能优异,可靠性高,既可以并网使用也可以离网使用。
为了解决波浪变化带来的电能及其不稳定问题,此电能处理装置采用电池储能单元和功率管理单元,结合升压变换器和高压逆变器,对系统工作进行集中管理；当波浪较大时,此电能处理装置除了发电给终端使用以外,将多用的电能储存在蓄电池中,当波浪较小时,波浪能发电机和蓄电池共同给逆变器供电以保障后端连续稳定供电。
为了解决海水及近海环境适应性问题,此电能处理装置整体结构采用全密封设计,内部电路板均采用特殊定制的保护漆,进一步降低高温高湿高盐雾以及海洋微生物带来的影响。
本发明的有益效果是其可以兼容各种不同的波浪能采集转换装置,提升整理波浪能发电系统的效率和可靠性,同时减少系统搭建时间,模块化设计更加灵活,满足不同功率配置；解决了各种波浪能发电输出的电能质量问题,以及远距离稳定高效传输问题的高性能电力电子变换设备，大大提高波浪能发电的效能和可靠性，促进波浪能发电的推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明的实施例的一种波浪能发电电能处理装置的电能处理装置示意图；
图2为本发明的实施例的一种波浪能发电电能处理装置的自适应升压单元框图；
图3为本发明的实施例的一种波浪能发电电能处理装置的储能和功率管理单元框图；
图4为本发明的实施例的一种波浪能发电电能处理装置的逆变单元框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施提供的一种波浪能发电电能处理装置，兼容各种波浪能采集和转换发电装置,比如振荡浮子式、悬挂摆式、鸭式、筏式、蚌式等,将此类装置的原始发电输出,经过高压变换,储能及功率管理,最后送达核心逆变器,完成并网或给负载供电；该波浪能发电电能处理装置，其特征在于：采用独立的高压变换方式,发电输出后的中间电力传输环节采用高压直流,后端逆变器采用高压直流输入逆变器,同时使用合理的功率控制,并结合蓄电池储能,实现波浪能连续稳定发电和利用；该装置包括水下部分、传输部分和水上部分，其中，水下部分结构方面采用密封设计,包括整流单元和自适应升压单元，将波浪能发电装置输出的不稳定的交流电进行整流，将输出流后的电压升压为直流高压；传输部分，通过高压传输到岸上；水上部分包含蓄电池组、功率控制单元和逆变器单元,以实现功率调节和逆变并网或给负载设备供电。
优选的，所述自适应升压单元采用极宽的电压和频率输入范围,兼容各种不同类型的波浪能采集和转换发电装置；其中交流0～400v，频率0～70hz，直流80～800v。由于波浪功率密度低，不稳定，利用难等特点，国内外许多机构针对实际状况开发了很多波浪能采集和转换发电装置，其最终都会要利用发电机，将机械能转换为电能，但是发电机又有很多类型，造成的结果就是发电机输出电压及其不稳定，具体又表现为幅值低，频率低，功率小；此电能处理装置兼容极宽的幅值和频率范围，具有较高的升压比，满足后级高压传输和逆变需要，同时采用最新的电力电子技术，整机效率高，性能优异稳定。
优选的，所述传输部分采用1000v高压直流传输，减少线路损耗，进一步提高系统效率；电力线缆带来的损耗基本取决于电流的大小，电流越大损耗越大，对功率一定的条件下，可以采取提高传输电压的方法来减小损耗；对波浪发电系统来说，传输具体在1-10km左右，整个系统的效率提升还是很客观的。
优选的，所述水下部分采用全密封设计,内部电路板均采用特殊定制的保护漆。
优选的，所述逆变单元采用模块化设计，整个电能处理装置功率约10kw,可以多个模块并联；比如在地理环境适宜的场合，可以采用多个10kw的模块并联，最大可以并联10个模块，即100kw，这样波浪能采集和转换装置可以灵活设计，减少投入，灵活配置。
图1所示,波浪能转换装置处理后带动发电机发电，然后经过自适应升压单元转后得到千伏级高压，远距离传输到岸上后，经过模块化并联逆变器，得到稳定的交流电压；自适应升压单元可接受输入电压范围宽，针对不同类型的发电机输出电压均兼容；自适应升压单元为10KW一个模块，可以兼容不同种类的波浪发电系统。由于输出电压为直流，当功率较大时，可以并联使用；后级逆变器采用模块化设计，20KW一个模块，可大大提高系统可靠性，方便维护，并且通过休眠控制可在不同负载条件下获得最大效率,中间储能装置采用蓄电池，结合BMS及功率管理控制，以及输出端负载控制,使得整个系统连续稳定工作。
如图2所示为自适应升压单元，由于不同的波浪发电装置以及使用的发电机的类型不一致，发电机输出电压各种各样，在缺乏统一标准的情况下，要做到完全兼容难度很大。本子系统可接受的电压范围为：交流0～400v，频率0～70hz，直流80～800v，这样的范围可以覆盖大部分情况；同时，由于不同波浪发电装置的功率大小不一，有的5kw，有的10kw或更大，本子系统设计为10kw一个模块，利于和前级的波浪发电装置匹配组合，同时其输出电压为直流，也利于并联和控制。
如图3所示为功率控制和电池储能单元,由于波浪的随机性，不稳定性，造成整个系统的功率供给不稳定整个逆变系统保护两级电力变换，中间包含储能装置，通过实时检测电压电流变化并通过相关算法，可以控制充电电流和逆变器输入电流，达到功率稳定的目的,在逆变器的输出端，逆变器按照配置好的负载优先级，根据实际整个系统可用功率，合理的控制不同负载的开通和断开。
如图4所示为逆变器单元,采用模块化设计，20kw一个模块，可以方便的配置系统功率，例如采用5个模块可以构成一个100kw的逆变器系统。为了提高任务可靠性，也可以采用4个模块可以构成一个80kw逆变器系统，这样，如果某一模块报故障，中央控制模块可以主动将有故障的模块断开，确保工频逆变器系统正常运行。同时也可在线拔出有故障的模块，更换备用模块，或进行现场维修，提高了系统可维修性。本系统采用自动休眠方案，进一步提高不同功率负载下的整体效率，例如，当系统输出功率为30kw时，仅启动其中的两个模块工作，而其他的模块均处于休眠状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种波浪能发电电能处理装置，兼容各种波浪能采集和转换发电装置,比如振荡浮子式、悬挂摆式、鸭式、筏式、蚌式等,将此类装置的原始发电输出,经过高压变换,储能及功率管理,最后送达核心逆变器,完成并网或给负载供电；该波浪能发电电能处理装置，其特征在于：采用独立的高压变换方式,发电输出后的中间电力传输环节采用高压直流,后端逆变器采用高压直流输入逆变器,同时使用合理的功率控制,并结合蓄电池储能,实现波浪能连续稳定发电和利用；该装置包括水下部分、传输部分和水上部分，其中，水下部分结构方面采用密封设计,包括整流单元和自适应升压单元，将波浪能发电装置输出的不稳定的交流电进行整流，将输出流后的电压升压为直流高压；传输部分，通过高压传输到岸上；水上部分包含蓄电池组、功率控制单元和逆变器单元,以实现功率调节和逆变并网或给负载设备供电。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电电能处理装置，其特征在于：所述自适应升压单元采用极宽的电压和频率输入范围,兼容各种不同类型的波浪能采集和转换发电装置；其中交流0～400v，频率0～70hz，直流80～800v。
3.根据权利要求1所述的一种波浪能发电电能处理装置，其特征在于：所述传输部分采用1000v高压直流传输，减少线路损耗，进一步提高系统效率。
4.根据权利要求1所述的一种波浪能发电电能处理装置，其特征在于：所述水下部分采用全密封设计,内部电路板均采用特殊定制的保护漆。
5.根据权利要求1所述的一种波浪能发电电能处理装置，其特征在于：所述逆变单元采用模块化设计，整个电能处理装置功率约10kw,可以多个模块并联。
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| CN112562418A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-03-26 | 中电建路桥集团有限公司 | 桥梁防船撞装置 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN103501117A (zh) * | 2013-09-22 | 2014-01-08 | 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 | 一种适用于波浪能发电机组的变电输送系统 |
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