CN110492467B - 一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统 - Google Patents
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Abstract
一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统，属于船舶与海洋工程邻域与新能源应用领域，采用环形直流母线结构，包括发电系统、测量设备、监控设备及电力系统通风排水设备四部分，平台采用三层结构布局，从上至下分别为平台第一、二、三层，为叠加结构。第一层放置风力发电机、光伏电池板；第二层放置风力发电、光伏发电、储能电池三个单元的功率变换器，同时放置测量设备与监控设备和直流环形母线排；第三层放置蓄电池组。本发明采用的三层分层布局，第一层的开放设计实现了海风海能的充分利用，第二、三层的封闭式设计及相应的通过排水设计保证测量设备、监控设备以及蓄电池组免受海风海水侵蚀。
Description
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程邻域与新能源应用领域，具体涉及一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统。
背景技术
可再生能源对人类永续发展意义非凡，而世界范围发展最快的可再生能源非风能莫属。针对于远海风场的建设需求，通过对目标海域的风、浪、流进行实时测量采集传输，实现海上风电场建设初期对风能资源富集程度与分布状况进行风能评估，对风电场的优化布局与风机的优化设计具有重要的工程研发意义。
目前海上风场建设初期一般采用风塔式测风平台，随着海上风电从浅海向深海发展，测风塔的建设存在技术难题和时间成本，后期的运营和维护就增加了困难。其建设成本与运维成本均较高，且易受台风袭击无法重复利用。而漂浮式海上测风移动平台采用雷达测风技术，其安装高度要求低，流速流向测量装置、波流观测装置等其它测量装置也无安装高度要求，故平台测量设备安装方式相对灵活：近海可在岸上安装后拖曳至目标海域；远海可以直接运达目标点进行吊装投放。当完成一个区域测量任务后，可移动投放至其它海域，实现测风平台的重复利用，从而减少基础设施建设成本、缩短资源评估周期。
然而，对于所设计的远海雷达测风平台，除雷达测风装置本身外，还包括流速流向测量装置、波流观测装置等各种测量仪器，以及卫星通信装置、本地控制中心等监控设备，这些即构成了测量平台的用电负荷，而对这些用电负荷的供电问题即成为首要解决的技术问题。近海平台供电形式主要有柴油发电机供电、高压输电、高压输电与海上风电联合供电等，而对于远海平台而言，其建设成本与运维成本巨大，利用海洋能资源，就地取能、海能海用，是其电能获取的最佳方式。由于单一海洋能发电量有限且间歇性强，故采用海洋多能源联合供电技术即成为海上平台独立供电的最佳选择，以提高发电量、实现多能互补。海洋新能源包括以自然条件为能量载体的风能、光能，及以海水为能量载体的潮汐能、潮流能、波浪能、温差能、盐差能等；其中海上风电与光伏发电技术已相当成熟，二者与储能装置相结合应用于远海平台的独立供电系统具有可行性，其电力系统的高可靠运行是其应用的关键。与交流电力系统相比，直流电力系统由于结构简单、无无功与相位问题，使得系统可靠性更高，同时测量设备大多均采用直流供电的方式，更适用于海上平台这种要求功率密度高、扩展灵活的应用场合。
而对于平台直流电力系统，良好的布局设计是保证新能源发电单元供电可靠运行、平台稳定、抗外界干扰小的重要保证，以实现平台负载无人值守高可靠运行。因此，采用一种良好的高可靠漂浮式小型海上科考移动平台风光储直流电力系统布局方法对此类平台设计提供参考，以保证平台电力系统安全可靠运行，实现平台独立自主电能供应，完成测量数据收集。因此漂浮式海上雷达测风移动平台对于降低海上测风成本、提高海上风电厂风资源利用具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统布局设计，包括风光储发电系统、测量设备、监控设备及电力系统通风排水设备四部分，所述风光储发电系统由4个独立的风光储发电装置构成，每个风光储发电装置包括：风力发电机、光伏电池组、储能及相应功率变换器；测量设备包括：雷达测风、流速流向测量、波流观测设备，以及其它观测设备；监控设备包括本地监控设备与卫星通信设备；电力系统通风排水设备包括鼓风机、排水泵。合理安排此型海洋平台电力系统各发电用电环节所需各种设备，实现海上风光资源的供电利用率与平台移动便携性的提高，以及平台成本的降低。
为了实现上述目的，本发明的方案是：整个平台为浮动式，长方形平台，由上至下分三层设计，从上至下分别为平台第一、二、三层，为叠加结构。第一层为平台顶层，主要放置风力发电机、光伏电池板；第二层放置风力发电、光伏发电、储能电池三个单元的功率变换器，同时放置包括雷达测风设备在内的测量设备与监控设备，以及直流环形母线排；第三层放置蓄电池组。第一层为开放式设计，第一、三层的底板及第二、三层四周均加入防水隔板，防止海上渗透；第二、三层四周安装有鼓风机与排水泵，做为承台结构的通风、排水接口。
平台第一层主要安放光伏太阳能板、风机基座，其布局方法为：风机基座共四个，分别安装于平台四角位置，剩余面积全部安装太阳能光伏板，4个方向呈对称分布构成4组太阳能电池板。
平台第二层主要安放风光储功率变换器、直流母线排等电气设备与线路，以及各可靠测量设备和通讯检测设备仪器主体，包括微波通讯仪、气象仪、测风雷达、海流剖面仪、波浪观测仪、超声波多普勒流速流向仪、声学测波仪等。其布局方法为：风光储发电装置中所涉及的功率变换器包括风力发电功率变换器、光伏发电功率变换器、储能功率变换器各1台，4组风光储发电装置功率变换器，分别安装于平台四角位置，激光测风雷达装于平台第二层中央，平台其它设备按照大于安全间距、重量对称原则安装于激光测风雷达四周，环型母线分布于平台四周，所述功率变换器在母线外侧，各种平台设备位于母线内侧，实现4组风光储发电装置的就近并联、平台各种仪器设备的就近供电。
平台第三层主要安装储能蓄电池组，按照大于安全间距、重量对称原则平均分布于第三层平台“田”字4个区域内，构成4组蓄电池组。
平台第一、二层均设有舱盖，便于平台电力系统的检修；第一层与第二层、第二层与第三层相连的电气线路集中过第一层、第二层底板；第一层与第二层、第二层与第三层相连的信号线路集中过第一层、第二层底板；穿过第一层底板的电气线路与信号线路需做水密处理。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明针对雷达移动测风装置的风光储综合供电系统而设计，为漂浮式海上雷达移动测风平台提供电能支撑，平台运行所需电能皆由海上新能源发电提供，整个平台的电能供应就地取能、海能海用，无需在平台上加装柴油发电机，使得平台可以在海上长时间自给自足，实现无人值守、高可靠免维护运行。
（2）本发明可实现设备安全、稳定运行，重心平稳，各设备间距紧凑合理，设备供电、用电集中，可减少电力线缆长度、成本低，且空间利用率高；风光储综合电能系统发、储容量，可保证平台所载所有设备供能充足，且储能系统留有备用能源储备余量为突发状况做准备；平台所载的包括激光测风雷达在内的多种设备，对于海上风电厂建设前期的风能资源评估所需各项数据皆可通过本平台进行有效观测。
（3）本发明所述平台为漂浮式设计，相较于传统的海上测风塔，本发明平可重复使用、无需维护，且数据独立测量、远程发送，具有高可靠性和经济适用性。装置适用海域范围广，其可重复利用特性提高了平台利用率，雷达测风技术提高了海上测风效率，本地与远程的实时监控可实现无人值守，降低了海上风电厂建设前期数据采集成本。
（4）平台在布局设计上，基于雷达测风对平台面积的需求及风光储与平台负载的整体布局考虑，将平台所需设备进行合理、优化布局。平台分三层布局，将各装置分块安放，结构清晰，各设备按照所需工作环境给予合适的安放位置；第一层的开放设计使得风光发电模块、激光雷达测风口以及各测量天线通讯天线等可以很好的放置于平台表面，便于海风海能的充分利用与信号通信；第二、三层的封闭式设计及相应的通过排水设计保证测量设备、监控设备以及蓄电池组免受海风海水侵蚀。
（5）本发明具有使用海域广、可移动、可高可靠无维护长期运行，且此型平台在布局设计上合理优化平台所载设备的安装分布，采用分层设计安装模式，使得各设备不仅能良好运行，也节约平台建设成本与提高平台运行稳定性。
基于上述优势，本发明针对的漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统的优化布局设计，对于在不同纬度、不同深度海域的移动式海洋测量平台，均具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1是本发明漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力系统；
图2是本发明平台结构立体图；
图3是本发明平台侧剖面平台结构；
图4是本发明平台第一层电力系统安装结构图；
图5是本发明平台第一层电力系统安装区域分布图；
图6是本发明平台第二层电力系统结构图；
图7是本发明平台第二层电力系统安装区域分布图；
图8是本发明平台第三层电力系统结构图；
图9是本发明平台第三层电力系统安装区域分布图。
图中部件：1为防水隔板、2-1为第一风机基座、2-2为第二风机基座、2-3为第三风机基座、2-4为第四风机基座、3-1为第一太阳能电池板、3-2为第二太阳能电池板、3-3为第三太阳能电池板、3-4为第四太阳能电池板、4-1为第一风光储发电装置功率变换器、4-2为第二风光储发电装置功率变换器、4-3为第三风光储发电装置功率变换器、4-4为第四风光储发电装置功率变换器、5为激光测风雷达、6为平台设备、7为环型母线、8-1为第一蓄电池组、8-2为第一蓄电池组、8-3为第一蓄电池组、8-4为第一蓄电池组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本布局方案进行进一步详细的说明。
本发明目的在于提供一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统布局设计，包括风光储发电系统、测量设备、监控设备及电力系统通风排水设备四部分，所述风光储发电系统由4个独立的风光储发电装置构，每个风光储发电装置包括：风力发电机、光伏电池组、储能及相应功率变换器；测量设备包括：雷达测风、流速流向测量、波流观测设备，以及其它观测设备；监控设备包括本地监控设备与卫星通信设备；电力系统通风排水设备包括鼓风机、排水泵。合理安排此型海洋平台电力系统各发电用电环节所需各种设备，实现海上风光资源的供电利用率与平台移动便携性的提高，以及平台成本的降低。
为了实现上述目的，本发明的方案是：整个平台为浮动式，长方形平台，由上至下分三层设计，从上至下分别为平台第一、二、三层，为叠加结构。第一层为平台顶层，主要放置风力发电机、光伏电池板；第二层放置风力发电、光伏发电、储能电池三个单元的功率变换器，同时放置包括雷达测风设备在内的测量设备与监控设备，以及直流环形母线排；第三层放置蓄电池组。第一层为开放式设计，第一、三层底板及第二、三层四周均加入防水隔板（1），防止海上渗透；第二、三层四周安装有鼓风机与排水泵，做为承台结构的通风、排水接口。
平台第一层主要安放光伏太阳能板、风机基座，其布局方法为：风机基座共4个（2-1，2-2，2-3，2-4），分别安装于平台四角位置，剩余面积全部安装太阳能光伏板，平均分布于第一层平台“田”字4个区域内，4个方向呈对称分布构成4组太阳能电池板（3-1，3-2，3-3，3-4）。
平台第二层主要安放风光储功率变换器、直流母线排等电气设备与线路，以及各可靠测量设备和通讯检测设备仪器主体，包括微波通讯仪、气象仪、测风雷达、海流剖面仪、波浪观测仪、超声波多普勒流速流向仪、声学测波仪等。其布局方法为：风光储发电装置中所涉及的功率变换器包括风力发电功率变换器、光伏发电功率变换器、储能功率变换器各1台，4组风光储发电装置功率变换器（4-1，4-2，4-3，4-4），分别安装于平台四角位置，激光测风雷达（5）装于平台第二层中央，平台设备（6）按照大于安全间距、重量对称原则安装于激光测风雷达四周，环型母线（7）分布于平台四周，所述功率变换器在母线外侧，各种平台设备位于母线内侧，实现4组风光储发电装置的就近并联、平台各种仪器设备的就近供电。
平台第三层主要安装储能蓄电池组，按照大于安全间距、重量对称原则平均分布于第三层平台“田”字4个区域内，构成4组蓄电池组（8-1，8-2，8-3，8-4）。
平台第一、二层均设有舱盖，便于平台电力系统的检修；第一层与第二层、第二层与第三层相连的电气线路集中过第一层、第二层底板；第一层与第二层、第二层与第三层相连的信号线路集中过第一层、第二层底板；穿过第一层底板的电气线路与信号线路需做水密处理。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统，采用环形直流母线结构，包括发电系统、测量设备、监控设备及电力系统通风排水设备四部分，所述发电系统由4个独立的风光储发电装置构成，每个风光储发电装置包括：风力发电机、光伏电池组、储能及相应功率变换器；测量设备包括：雷达测风、流速流向测量、波流观测设备；监控设备包括本地监控设备与卫星通信设备；电力系统通风排水设备包括鼓风机、排水泵，其特征在于：所述平台采用三层结构布局，从上至下分别为平台第一、二、三层，为叠加结构，第一层放置风力发电机、光伏电池板；第二层放置风力发电、光伏发电、储能电池三个单元的功率变换器，同时放置包括雷达测风设备在内的测量设备与监控设备，以及直流环形母线排；第三层放置蓄电池组，第一层为开放式设计，第一、三层的底板及第二、三层四周均加入防水隔板，防止海上渗透；第二、三层四周安装有鼓风机与排水泵，做为承台结构的通风、排水接口；
所述平台第一层安放光伏太阳能板、风机基座，其布局方法为：风机基座共四个，分别安装于平台四角位置，剩余面积全部安装太阳能光伏板，四个方向呈对称分布构成四组太阳能电池板；
所述平台第二层安放风光储功率变换器、直流母线排电气设备与线路，以及各测量设备和监控设备；其布局方法为：风光储发电装置中所涉及的功率变换器包括风力发电功率变换器、光伏发电功率变换器、储能功率变换器各一台，四组风光储发电装置功率变换器，分别安装于平台四角位置，激光测风雷达装于平台第二层中央，平台其它设备按照大于安全间距、重量对称原则安装于激光测风雷达四周，环型母线分布于平台四周，所述功率变换器在母线外侧，各种平台设备位于母线内侧，四组风光储发电装置的就近并联、平台各种仪器设备的就近供电；
所述平台第三层安装储能蓄电池组，按照大于安全间距、重量对称原则平均分布于第三层平台“田”字四个区域内，构成四组蓄电池组。
2.根据权利要求1所述一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统，其特征在于：所述测量设备和监控设备包括测风雷达、微波通讯仪、气象仪、海流剖面仪、波浪观测仪、超声波多普勒流速流向仪、声学测波仪。
3.根据权利要求1所述一种漂浮式海上雷达测风移动平台风光储直流微网系统，其特征在于：所述平台第一、二层均设有舱盖；第一层与第二层、第二层与第三层相连的电气线路集中过第一层、第二层底板；第一层与第二层、第二层与第三层相连的信号线路集中过第一层、第二层底板；穿过第一层底板的电气线路与信号线路需做水密处理。
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