CN112165119A - 含波浪能发电装置的海岛微网系统及并网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明首先提供了提供含波浪能发电装置的海岛微网系统，包括海上波浪能发电装置，有至少两级升压装置，海上波浪能发电装置和第一级升压装置组成海上可移动波浪能发电平台，海上波浪能发电装置输出至第一级升压装置，第一级升压装置输出连至海底光纤复合电缆，海底光纤复合电缆到岸后再连至另一级升压装置，另一级升压装置输出至高压开关柜，本发明还提供了提供含波浪能发电装置的海岛微网并网方法，使得波浪能发电平台通过整流、稳压、多级升压后，通过海底光纤复合电缆接入海岛微电网，与本岛其他能源模式一起接受电网的统一调度和应用。
Description
技术领域
本发明涉及海岛微电网系统技术领域，尤其涉及含波浪能发电装置的海岛微网系统及并网方法。
背景技术
海岛远离陆地，为保证海岛正常的生产生活，为海岛提供能源是极其重要的。随着海岛开发的逐步深入，用电需求量逐渐增加。目前，海岛依然采用传统的化石能源，发电量远不能满足用电需求。目前，主要采取架设海底电缆，或依靠柴油发电机、燃气轮机等常规化石燃料机组等方式解决海岛供电问题。由于海底地形复杂，海岛与大陆架之间距离较远，铺设海底电缆工程量大、周期长、费用高；此外，海底电缆由于常受海流和内波的影响，经常出现移动的现象，维护工程难度极大。利用柴油供电虽然具有设备成熟和易于安装维护等优点，但也存在燃料运输困难、发电成本高、噪音污染大等缺点，同时柴油机排放的温室气体会破坏脆弱的海岛生态环境，给海岛带来严重的污染问题。
目前波浪能发电装置以小型、发电即用为主，尚无大型波浪能发电装置并网使用，没有大型波浪能发电装置并入远海孤岛微电网发电的先例，例如：中国专利ZL201510593123.5“海上风机并网方法及系统”公开了一种海上新能源的并网方法及并网系统，包括：海上风机将风能转换成交流电后，经升压变压器升高到合适的电压，并接入交流母线；交流母线汇集所述升压变压器升压后的交流电；海上换流站将所述的交流母线上汇集的交流电变换为直流电；海底电缆将直流电进行远距离传输；陆上换流站将海底电缆传输的支流电变换为交流电；通过主变压器将此交流电转换成合适的电压等级，并入主电网。此方案只适用于海上风电场并网，不能解决含有波浪能发电装置的海岛微网并网问题。
发明内容
本发明的目的在于提供含波浪能发电装置的海岛微网系统及并网方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：本发明第一方面公开了含波浪能发电装置的海岛微网系统，包括升压装置、海底光纤复合电缆、高压开关柜、燃油发电机、微电网组成，还包括海上波浪能发电装置，有至少两级升压装置，海上波浪能发电装置和第一级升压装置组成海上可移动波浪能发电平台，抛锚固定在海上，海上波浪能发电装置输出至第一级升压装置，第一级升压装置输出连至海底光纤复合电缆，海底光纤复合电缆到岸后再连至另一级升压装置，另一级升压装置输出至高压开关柜，高压开关柜输出至海岛微电网，燃油发电机的输出经另一个高压开关柜输出也至海岛微电网，海上波浪能发电装置与海岛微电网之间由海底光纤复合电缆进行通讯连接。
优选的，所述的海上可移动波浪能发电平台，是以大型半潜式结构为基础的波浪能结合太阳能的发电平台，海上波浪能发电装置由液压发电系统、控制装置、光伏组件、储能装置及逆变器组成，控制装置中配有能量管理、卫星通讯及远程监控等软件控制系统。
优选的，海上波浪能发电装置额定功率在260kW以上。
优选的，所述的海底光纤复合电缆是光纤复合铠装电缆，长度为2000米至15000米范围。
优选的，所述的升压装置是升压变压器、逆变升压器的一种或多种。
本发明第二方面公开了含波浪能发电装置的海岛微网并网方法，采用主从控制模式，波浪能发电装置与海岛微网之间有通讯连接，包括下列步骤：
首先确定海上可移动波浪能发电平台海域选址原则，确定在浪高为0.5～5米的开阔海域放置并抛锚固定海上可移动波浪能发电平台；
建立波浪能发电装置和海岛微网机电电磁暂态仿真模型，确定波浪能发电装置的并网特性；
根据并网特性，建立含波浪能发电装置的海岛微网多目标优化调度模型，采用非线性规划算法求解优化问题，制定含波浪能发电的间歇式能源微电网的调度运行及保护控制策略；
在已建立独立微电网的海岛，波浪能发电平台通过整流、稳压、多级升压后，通过海底光纤复合电缆接入海岛微电网，使用上述运行调度策略，与本岛其他能源模式一起接受微电网的统一调度，并使用含波浪能发电的间歇式能源微电网有功无功协调控制方法，保证微电网的稳定性和可靠性。
优选的，波浪能发电装置的波浪高度采集幅度为0.5～5米，当波高达到0.5米时，波浪能发电装置启动发电，设置波高5米为波浪能发电装置的保护波高，当波高大于5米时，波浪能发电装置停止发电进入保护状态。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：
本发明提供的含波浪能发电装置的微网系统和并网方法，实现了大型海上移动式波浪能发电装置并入海岛微电网安全稳定的使用，该波浪能发电装置转换效率大于20％，额定发电功率大于260kW，年等效额定功率发电时间的达到1000小时以上，转换效率高成本较低，不占用海岛陆地资源，使远海孤岛用电清洁无污染且安全稳定，可大幅减少海岛供电产生的碳排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的含波浪能发电装置的海岛微网系统的原理框图；
图2为本发明提供的含波浪能发电装置的海岛微网并网方法的流程图。
图中，1液压发电系统，2光伏组件，3储能装置，4逆变器,5控制装置，6升压装置，7海底光纤复合电缆，8高压开关柜，9燃油发电机，10微电网，海上可移动波浪能发电平台11。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明第一方面公开了含波浪能发电装置的海岛微网系统，包括升压装置6、海底光纤复合电缆7、高压开关柜8、燃油发电机9、微电网10组成，还包括海上波浪能发电装置，有至少两级升压装置6，海上波浪能发电装置和第一级升压装置6组成海上可移动波浪能发电平台11，抛锚固定在海上，海上波浪能发电装置输出至第一级升压装置6，第一级升压装置6输出连至海底光纤复合电缆7，海底光纤复合电缆7到岸后再连至另一级升压装置6，另一级升压装置6输出至高压开关柜8，高压开关柜8输出至海岛微电网10，燃油发电机9的输出经另一个高压开关柜8输出也至海岛微电网10，海上波浪能发电装置与海岛微电网10之间由海底光纤复合电缆7进行通讯连接。
海岛上设置的燃油发电机9作为海岛微电网10的主要电力来源，而将海上波浪能发电装置作为海岛微电网10的重要补充部分，在具体使用时，通过海上波浪能发电装置将波浪的起伏转换为电能，通过第一升压装置6将所转换的电能升压至3KV，其升压后的电能通过海底光纤复合电缆7输送至位于岸上的另一级升压装置6，通过另一级升压装置6将3KV的电能升压至10KV，其10KV的电能通过高压开关柜8接入海岛微电网10中，另外，在海上波浪能发电装置自身处于工作状态时，其自身的状态信息、故障信息通过海底光纤复合电缆7发送至海岛微电网10处，供后台人员查看处理。
一些实施方式中，所述的海上可移动波浪能发电平台11，是以大型半潜式结构为基础的波浪能结合太阳能的发电平台11，海上波浪能发电装置由液压发电系统1、控制装置5、光伏组件2、储能装置3及逆变器4组成，控制装置5中配有能量管理、卫星通讯及远程监控等软件控制系统。
其中能量管理控制系统用于实现对波浪能发电输出的的电能进行整流、稳压等调节，从而使波浪能发电能够输出稳定的电能；
而通过卫星通讯、远程监控控制系统，能实现波浪能发电平台11的无人值守。
可选的，上述大型半潜式结构为基础的波浪能结合太阳能的发电平台11在装置投放、回收和维修时为拖行载体和维修平台，工作时下潜到设定深度，成为稳定海上波浪能发电装置的水下浮体，在具体实施时，其发电平台11可选用申请号为CN201210148948.2的专利文件中公开的鹰头型吸波浮体、船型水下浮体。
可选的，上述发电平台11在工作时，通过液压发电系统1将波浪的起伏转换为电能，通过控制装置5实现波浪能电力输出的稳定，同时通过光伏组件2、储能装置3实现光伏供电用以实现对波浪能供电的补充。
优选的，储能装置3包括蓄电池组、超级电容。
可选的，在一些实施方式中，所述逆变器4包括150KW逆变器4，所述光伏组件2包括60KWP的单晶双玻光伏组件2，所述液压发电装置包括200KW的液压蓄能发电机组。
可选的，在一些实施方式中，所述的通讯连接，是通过对复合海底光纤复合电缆7熔接至光传输设备上，再通过一对光收发器将光信号转为电信号，将海上波浪能发电装置的自动化信号及视频信号传至海岛微电网10控制室。
具体的，海上波浪能发电装置额定发电功率在260kW及以上。
具体的，所述的海底光纤复合电缆7是光纤复合铠装电缆，长度为2000米至15000米范围。
可选的，所述的升压装置6是是升压变压器、逆变升压器的一种或多种
优选的，在一些实施方式中，所述第一级升压装置6包括0.4KV/3KV的升压变压器，所述第二升压装置6包括3KV/10KV的升压变压器。
参见图2，本发明第二方面公开了含波浪能发电装置的海岛微网并网方法，采用主从控制模式，波浪能发电装置与海岛微电网10之间有通讯连接，包括下列步骤：
首先确定海上可移动波浪能发电平台11海域选址原则，确定在浪高为0.5～5米的开阔海域放置并抛锚固定海上可移动波浪能发电平台11；
在机电电磁暂态仿真平台上建立波浪能发电装置和海岛微网机电电磁暂态仿真模型，对波浪能发电系统进行仿真，获得波浪能发电系统模型，并确定包括电压波动、无功损耗特性、低电压耐受能力在内的波浪能发电装置的并网特性；
根据并网特性，采用外特性等值建模法建立含波浪能发电装置的海岛微网多目标优化调度模型，采用非线性规划算法求解优化问题，制定含波浪能发电的间歇式能源微电网10的调度运行及保护控制策略；
在已建立独立微电网10的海岛，波浪能发电平台11通过整流、稳压、多级升压后，通过海底光纤复合电缆7接入海岛微电网10，使用上述运行调度策略，与本岛其他能源模式一起接受微电网10的统一调度，并使用含波浪能发电的间歇式能源微电网10有功无功协调控制方法，保证微电网10的稳定性和可靠性。
优选的，在一些实施方式中，波浪能发电装置的波浪高度采集幅度为0.5～5米，当波高达到0.5米时，波浪能发电装置启动发电，设置波高5米为波浪能发电装置的保护波高，当波高大于5米时，波浪能发电装置停止发电进入保护状态。
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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.含波浪能发电装置的海岛微网系统，包括升压装置、海底光纤复合电缆、高压开关柜、燃油发电机、微电网组成，其特征在于，还包括海上波浪能发电装置，有至少两级升压装置，海上波浪能发电装置和第一级升压装置组成海上可移动波浪能发电平台，抛锚固定在海上，海上波浪能发电装置输出至第一级升压装置，第一级升压装置输出连至海底光纤复合电缆，海底光纤复合电缆到岸后再连至另一级升压装置，另一级升压装置输出至高压开关柜，高压开关柜输出至海岛微电网，燃油发电机的输出经另一个高压开关柜输出也至海岛微电网，海上波浪能发电装置与海岛微电网之间由海底光纤复合电缆进行通讯连接。
2.根据权利要求1所述的含波浪能发电装置的海岛微网系统，其特征在于，所述的海上可移动波浪能发电平台，是以大型半潜式结构为基础的波浪能结合太阳能的发电平台，海上波浪能发电装置由液压发电系统、控制装置、光伏组件、储能装置及逆变器组成，控制装置中配有能量管理、卫星通讯及远程监控等软件控制系统。
3.根据权利要求2所述的含波浪能发电装置的海岛微网系统，其特征在于，所述海上波浪能发电装置的额定功率在260kW以上。
4.根据权利要求1所述的含波浪能发电装置的海岛微网系统，其特征在于，所述的海底光纤复合电缆是光纤复合铠装电缆，长度为2000米至15000米范围。
5.根据权利要求1所述的含波浪能发电装置的海岛微网系统，其特征在于，所述的升压装置是升压变压器、逆变升压器的一种或多种。
6.含波浪能发电装置的海岛微网并网方法，采用主从控制模式，波浪能发电装置与海岛微网之间有通讯连接，其特征在于，包括下列步骤：
首先确定海上可移动波浪能发电平台海域选址原则，确定在浪高为0.5～5米的开阔海域放置并抛锚固定海上可移动波浪能发电平台；
建立波浪能发电装置和海岛微网机电电磁暂态仿真模型，确定波浪能发电装置的并网特性；
根据并网特性，建立含波浪能发电装置的海岛微网多目标优化调度模型，采用非线性规划算法求解优化问题，制定含波浪能发电的间歇式能源微电网的调度运行及保护控制策略；
在已建立独立微电网的海岛，波浪能发电平台通过整流、稳压、多级升压后，通过海底光纤复合电缆接入海岛微电网，使用上述运行调度策略，与本岛其他能源模式一起接受微电网的统一调度，并使用含波浪能发电的间歇式能源微电网有功无功协调控制方法，保证微电网的稳定性和可靠性。
7.根据权利要求6所述的含波浪能发电装置的海岛微网并网方法，其特征在于，波浪能发电装置的波浪高度采集幅度为0.5～5米，当波高达到0.5米时，波浪能发电装置启动发电，设置波高5米为波浪能发电装置的保护波高，当波高大于5米时，波浪能发电装置停止发电进入保护状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Qing Inventor after: Jia Qian Inventor after: Fang Lianhang Inventor after: Ye Shifeng Inventor after: Wang Jingchun Inventor after: Gao Yujie Inventor after: Yu Peng Inventor after: Hong Tongqing Inventor after: Yang Guanbao Inventor after: Chen Yihua Inventor after: Zeng Yangcheng Inventor before: Wu Qing Inventor before: Yu Peng Inventor before: Hong Tongqing Inventor before: Yang Guanbao Inventor before: Chen Yihua Inventor before: Zeng Yangcheng Inventor before: Jia Qian Inventor before: Fang Lianhang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220324 Address after: 570100 No. 23, hairuihou Road, Haikou City, Hainan Province Applicant after: Sansha Power Supply Bureau Co.,Ltd. Address before: No.23, hairuihou Road, Longhua District, Haikou City, Hainan Province, 570100 Applicant before: SANSHA POWER SUPPLY BUREAU OF HAINAN POWER GRID CO.,LTD. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210101 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |