CN114278489A - 一种波浪能发电装置液压发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪能发电装置液压发电系统，通过液压压力传感器采集蓄能器组的液压压力信号，传送至所述液压发电总控制器，以及电压/电流互感器采集直流母线的电压/电流信号，传送至所述液压发电总控制器，从而液压发电总控制器根据所采集的蓄能器组液压压力信号和直流母线电压/电流信号，对液压发电支路进行控制。所述波浪能发电装置液压发电系统通过不同液压发电支路以及控制策略的配合，在兼顾发电系统的可靠性的同时，提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，尤其涉及一种波浪能发电装置液压发电系统。
背景技术
波浪能是一种取之不尽、用之不竭的海洋绿色能源，其由海洋表面的波浪运动所产生，由波动水中质点运动产生的动能和波面相对平均水面的垂直位移所具有的势能所构成。
波浪是一种很强间歇性和不稳定性的周期性运动，若直接利用波浪能进行发电，则产生的电能具有强波动性，其电能质量很不理想。因此，在实现波浪能-电能转换的中间过程，通常设置缓冲环节，如采用液压蓄能等方式。在采用波浪能-液压能-电能的能量转换环节的波浪能发电系统中，为了发电系统在实海况环境下的可靠性，在其中的电能变换环节中通常采用不可控整流的方式，因此其输出稳定性和可控性不甚理想，并网运行性能有待提高。
发明内容
本发明提供了一种波浪能发电装置液压发电系统，用于提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性，并兼顾发电系统的可靠性。
本发明提供的一种波浪能发电装置液压发电系统，所述系统由两个子系统组成；所述子系统由前端、中端及后端组成；所述中端与所述前端通过液压管路连接；所述后端与所述中端通过直流母线连接；所述直流母线上连接有电压/电流互感器；两个所述子系统对称配置，通过闸阀连接于所述子系统的液压管路，以及通过开关模块连接于所述子系统的直流母线实现两个所述子系统的连通。
所述前端包括：液压压力传感器，以及与所述液压管路及所述液压压力传感器连接的蓄能器组；
所述中端包括：多个液电转换单元；所述液电转换单元中包含有多条液压发电支路；多条所述液压发电支路为发电单元控制器所控制；所述液电转换单元、所述液压压力传感器及所述电压/电流互感器均与液压发电总控制器连接；
所述后端用于将目标液压发电系统所发出的电能输送上网，并确保所述目标液压发电系统的直流母线电压在预设电压范围内。
可选地，所述液电转换单元中的液压发电支路的数量为3条。
可选地，第一液压发电支路包括：依次连接的第一电磁阀、第一定量液压马达、第一永磁同步发电机及第一全控整流器。
可选地，第二液压发电支路包括：依次连接的第二电磁阀、第二定量液压马达、第二永磁同步发电机及第二不可控整流器；
第三液压发电支路包括：依次连接的第三电磁阀、第三定量液压马达、第三永磁同步发电机及第三不可控整流器。
可选地，所述第一永磁同步发电机与所述第一全控整流器之间，所述第二永磁同步发电机与所述第二不可控整流器之间，以及所述第三永磁同步发电机与所述第三不可控整流器之间连接有耗能电阻模块。
可选地，所述耗能电阻模块包括：切换开关和耗能电阻。
可选地，所述后端包括分别与所述直流母线连接的逆变器及耗能模块。
可选地，所述耗能模块包括：与所述直流母线连接的斩波器，以及与所述斩波器连接的耗能电阻。
可选地，所述第一液压发电支路的永磁同步发电机额定功率、第二液压发电支路的永磁同步发电机额定功率及第三液压发电支路的永磁同步发电机额定功率的比值满足3：1：1。
可选地，所述开关模块具体为固态开关。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明公开的一种波浪能发电装置液压发电系统，所述系统由两个子系统组成；所述子系统由前端、中端及后端组成；所述中端与所述前端通过液压管路连接；所述后端与所述中端通过直流母线连接；所述直流母线上连接有电压/电流互感器；两个所述子系统对称配置，通过闸阀连接于所述子系统的液压管路，以及通过开关模块连接于所述子系统的直流母线实现两个所述子系统的连通；所述前端包括：液压压力传感器，以及与所述液压管路及所述液压压力传感器连接的蓄能器组；所述中端包括：多个液电转换单元；所述液电转换单元中包含有多条液压发电支路；所述液电转换单元、所述液压压力传感器及所述电压/电流互感器均与液压发电总控制器连接；所述后端用于将目标液压发电系统所发出的电能输送上网，并确保所述目标液压发电系统的直流母线电压在预设电压范围内。
通过液压压力传感器采集蓄能器组的液压压力信号，传送至所述液压发电总控制器，以及电压/电流互感器采集直流母线的电压/电流信号，传送至所述液压发电总控制器，从而液压发电总控制器根据所采集的蓄能器组液压压力信号和直流母线电压/电流信号，对液压发电支路进行控制。所述波浪能发电装置液压发电系统通过不同液压发电支路以及控制策略的配合，在兼顾发电系统的可靠性的同时，提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，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它的附图。
图1为本发明的一种波浪能发电装置液压发电系统实施例的结构示意图；
图2为本发明的一种波浪能发电装置液压发电系统实施例的液电转换单元的结构示意图。
图中：1、闸阀；2、液压发电总控制器；3、固态开关；4(a/b)、电压/电流互感器；51、第一电磁阀；52、第二电磁阀；53、第三电磁阀；61、第一定量液压马达；62、第二定量液压马达；63、第三定量液压马达；71、第一永磁同步发电机；72、第二永磁同步发电机；73、第三永磁同步发电机；8、耗能电阻模块；92、第二不可控整流器；93、第三不可控整流器；101、第一全控整流器；111、发电单元控制器；11(a/b)、液压压力传感器；12(a/b)、蓄能器组；21(a/b)、第一液电转换单元；22(a/b)、第二液电转换单元；2n(a/b)、第n液电转换单元；31(a/b)、逆变器；32(a/b)、斩波器；33(a/b)、耗能电阻；a、液压管路；b直流母线。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种波浪能发电装置液压发电系统，用于提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性，并兼顾发电系统的可靠性。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明的一种波浪能发电装置液压发电系统实施例的结构示意图，波浪能发电装置液压发电系统由两个子系统组成；所述子系统由前端、中端及后端组成；所述中端与所述前端通过液压管路a连接；所述后端与所述中端通过直流母线b连接；所述直流母线b上连接有电压/电流互感器4；两个所述子系统对称配置，通过闸阀1连接于所述子系统的液压管路a，以及通过开关模块连接于所述子系统的直流母线b实现两个所述子系统的连通。
所述前端包括：液压压力传感器11，以及与所述液压管路a及所述液压压力传感器11连接的蓄能器组12。
所述中端包括：多条液压发电支路；多条所述液压发电支路为发电单元控制器111述后端用于将目标液压发电系统所发出的电能输送上网，并确保所述目标液压发电系统的直流母线电压在预设电压范围内。
在本发明实施例中，波浪能发电装置液压发电系统由两个子系统组成，而子系统由蓄能器组12、液压压力传感器11、液压管路a、闸阀1、搭载于液电转换单元(包括第一液电转换单元21a及第一液电转换单元21b、第二液电转换单元22a及第二液电转换单元22b、……、第n液电转换单元2na及第n液电转换单元2nb)的多条液压发电支路、直流母线b、开关、电压/电流互感器4及液压发电总控制器2等关键部件组成。两个子系统对称配置，其液压管路a通过闸阀1实现连通，且通常情况下闸阀1关闭，从而保持2个子系统之间的独立运行。
在具体实现中，液压压力传感器11采集蓄能器组12的液压压力信号，传送至所述液压发电总控制器2，电压/电流互感器4采集直流母线b的电压/电流信号，传送至液压发电总控制器2，液压发电总控制器2根据所采集的蓄能器组12液压压力信号和直流母线b电压/电流信号，对目标液压发电系统进行控制。
进一步地，本发明实施例中的所述液电转换单元中的液压发电支路的数量为3条。
请参阅图2，为本发明的一种波浪能发电装置液压发电系统实施例的液压发电支路的结构示意图，第一液压发电支路包括：依次连接的第一电磁阀51、定量液压马达61、永磁同步发电机71及全控整流器101。
请参阅图2，具体地，第二液压发电支路包括：依次连接的第二电磁阀52、第二定量液压马达62、第二永磁同步发电机72及第二不可控整流器92；
第三液压发电支路包括：依次连接的第三电磁阀53、第三定量液压马达63、第三永磁同步发电机73及第三不可控整流器93。
需要说明的是，采用全控整流器和不可控整流器配合，即包括了不同电能变换拓扑以及控制策略的配合，可有效提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性，并兼顾发电系统的可靠性。
请参阅图2，所述第一永磁同步发电机71与所述第一全控整流器101之间，所述第二永磁同步发电机72与所述第二不可控整流器92之间，以及所述第三永磁同步发电机73与所述第三不可控整流器93之间连接有耗能电阻模块。
具体地，所述耗能电阻模块包括：所述第一永磁同步发电机71与所述第一全控整流器101之间的第一耗能电阻模块81，所述第二永磁同步发电机72与所述第二不可控整流器92之间的第二耗能电阻模块82，以及所述第三永磁同步发电机73与所述第三不可控整流器93之间的第三耗能电阻模块83，耗能电阻模块包括：切换开关和耗能电阻。
在本发明实施例中，第一液压发电支路由第一电磁阀51、第一定量液压马达61、第一永磁同步发电机71及第一全控整流器101组成，第二液压发电支路由第二电磁比例调速阀52、第二变量液压马达62、第二永磁同步发电机72及第二不可控整流器92组成，第三液压发电支路由第三电磁比例调速阀53、第三变量液压马达63、第三永磁同步发电机73及第三不可控整流器93组成，每个永磁同步发电机的出口均设置了耗能电阻模块，内含切换开关和耗能电阻，以实现非并网模式下电能的自我消耗，从而实现液压发电支路的自保护。同时，同一子系统的液压发电支路均连接于同一直流母线b上。
请参阅图2，所述后端包括分别与所述直流母线b连接的逆变器31及耗能模块。
在本发明实施例中，后端设置有与直流母线b连接的逆变器31及耗能模块，通过逆变器31可实现电能输送上网。
请参阅图2，所述耗能模块包括：与所述直流母线b连接的斩波器32，以及与所述斩波器32连接的耗能电阻33。
在本发明实施例中，直流母线b上配置斩波器32与耗能电阻33相连，当直流母线b出现暂态过电压时，通过耗能电阻33进行耗能，确保直流母线电压在正常电压范围内运行。
在本发明实施例中，所述第一液压发电支路的永磁同步发电机额定功率、第二液压发电支路的永磁同步发电机额定功率及第三液压发电支路的永磁同步发电机额定功率的比值满足3：1：1。
在本发明实施例中，第一、第二、第三液压发电支路中的永磁同步发电机7的额定功率分别为150kW、50kW、50kW；相应液压发电支路的其他部件，则根据相应永磁同步发电机7的额定功率来选型。
请参阅图2，所述开关模块具体为固态开关3。
在本发明实施例中，所述两个子系统可通过各自直流母线b之间的固态开关3实现互联。
在具体实现中，以位于上方的子系统为例，正常工作情况下，目标液压发电系统将波浪能转换成液压能，储存在蓄能器组12a中。蓄能器组12a配置液压压力传感器11a，当蓄能器组12a中的液压压力到达设定的阈值时，液压发电总控制器2向第一液电转换单元21a的发电单元控制器下达启动指令，开启电磁阀实现液压发电过程，即在一个蓄能发电周期内，触发任一子系统的第一液电转换单元21a，逆变器31a维持直流电压稳定并通过将直流电转换成工频交流电，将电能输送上网。在第一液压发电支路的第一全控整流器101的调节范围内，可实现电功率的平滑调节。在小浪情况下，蓄能器组12a的压力持续下降，第一全控整流器101在直流电压稳定的情况下，逐渐调小电流值，当液压值降至下限值时，第一电磁阀51关闭，第一全控整流器101切换至待机状态，等待下一个蓄能发电环节。在中浪情况下，蓄能压力持续上升，第一全控整流器101的功率输出也持续上升，当达到其额定功率90％时，该发电单元控制器111启动第二液压发电支路的第二电磁阀52。由于液压油推动第一定量液压马达旋转61，第一定量液压马达61再带动第一永磁同步发电机71是一个机械过程，因此第一永磁同步发电机71的转速和输出功率有一个秒级的加速过程，在第一全控整流器101的毫秒级响应作用下，第一全控整流器101随之降低功率输出，从而平滑投入第二液压发电支路所引起的功率波动。若此时波浪能输入端功率逐渐下降，则蓄能器组12a压力也持续下降，当压力下降至液压第二液压发电支路的第二电磁阀52关闭值时，该第二电磁阀52关闭，定量液压马达62逐渐停止旋转。这是一个惯性过程，因此第二永磁同步发电机72功率降至为零是一个秒级的过程，因此在此过程中，通过毫秒级的快速响应，第一全控整流器101逐渐增大其功率输出，从而平滑切出第二液压发电支路引起的功率波动。在大浪情况下，第一液压发电支路和第二液压发电支路相继投入运行，此时蓄能压力持续上升，第一全控整流器101的功率输出也持续上升，当达到其额定功率90％时，启动第三液压发电支路的第三电磁阀53，并在此过程中，第一全控整流器101再通过毫秒级的快速响应，通过对应地降低其功率输出而平滑第三液压发电支路投入而引起的功率波动。在第一液电转换单元21a的液压发电支路全部投入运行后，若此时蓄能压力进一步升高，则启动第二液电转换单元22a的3条液压发电支路，同样按照上述方式投切。
在一个液压发电单元内，当第一液压发电支路的第一全控整流器因101故障等原因而不能正常工作时，直接投入含不可控整流环节的第二液压发电支路和第三液压发电支路，从而可以确保目标液压发电系统必要的电能供应，提高发电系统的可靠性。同时，两个相互独立的、可互联的子系统可互为备用。当其中一个子系统发生故障时，另一个子系统可以正常运行，确保波浪能发电装置上必要的电能供应，也提高了发电系统的可靠性。
在本发明实施例中，波浪能发电装置液压发电系统由两个子系统组成；所述子系统由前端、中端及后端组成；所述中端与所述前端通过液压管路a连接；所述后端与所述中端通过直流母线b连接；所述直流母线b上连接有电压/电流互感器4；两个所述子系统对称配置，通过闸阀1连接于所述子系统的液压管路a，以及通过开关模块连接于所述子系统的直流母线b实现两个所述子系统的连通；所述前端包括：液压压力传感器11，以及与所述液压管路a及所述液压压力传感器11连接的蓄能器组12；多个液电转换单元；所述液电转换单元中包含有多条液压发电支路；所述液电转换单元、所述液压压力传感器11及所述电压/电流互感器4均与液压发电总控制器2连接；所述后端用于将目标液压发电系统所发出的电能输送上网，并确保所述目标液压发电系统的直流母线电压在预设电压范围内。
通过液压压力传感器11采集蓄能器组的液压压力信号，传送至所述液压发电总控制器2，以及电压/电流互感器4采集直流母线的电压/电流信号，传送至所述液压发电总控制器2，从而液压发电总控制器2根据所采集的蓄能器组12液压压力信号和直流母线b电压/电流信号，对液压发电支路进行控制。所述波浪能发电装置液压发电系统通过不同液压发电支路以及控制策略的配合，在兼顾发电系统的可靠性的同时，提高波浪能发电装置电能输出的稳定性和可控性。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述系统由两个子系统组成；所述子系统由前端、中端及后端组成；所述中端与所述前端通过液压管路连接；所述后端与所述中端通过直流母线连接；所述直流母线上连接有电压/电流互感器；两个所述子系统对称配置，通过闸阀连接于所述子系统的液压管路，以及通过开关模块连接于所述子系统的直流母线实现两个所述子系统的连通；
所述前端包括：液压压力传感器，以及与所述液压管路及所述液压压力传感器连接的蓄能器组；
所述中端包括：多个液电转换单元；所述液电转换单元中包含有多条液压发电支路；多条所述液压发电支路为发电单元控制器所控制；所述液电转换单元、所述液压压力传感器及所述电压/电流互感器均与液压发电总控制器连接；
所述后端用于将目标液压发电系统所发出的电能输送上网，并确保所述目标液压发电系统的直流母线电压在预设电压范围内。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述液电转换单元中的液压发电支路的数量为3条。
3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，第一液压发电支路包括：依次连接的第一电磁阀、第一定量液压马达、第一永磁同步发电机及第一全控整流器。
4.根据权利要求3所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，第二液压发电支路包括：依次连接的第二电磁阀、第二定量液压马达、第二永磁同步发电机及第二不可控整流器；
第三液压发电支路包括：依次连接的第三电磁阀、第三定量液压马达、第三永磁同步发电机及第三不可控整流器。
5.根据权利要求4所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述第一永磁同步发电机与所述第一全控整流器之间，所述第二永磁同步发电机与所述第二不可控整流器之间，以及所述第三永磁同步发电机与所述第三不可控整流器之间连接有耗能电阻模块。
6.根据权利要求5所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述耗能电阻模块包括：切换开关和耗能电阻。
7.根据权利要求5所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述后端包括分别与所述直流母线连接的逆变器及耗能模块。
8.根据权利要求7所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述耗能模块包括：与所述直流母线连接的斩波器，以及与所述斩波器连接的耗能电阻。
9.根据权利要求4所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述第一液压发电支路的第一永磁同步发电机额定功率、第二液压发电支路的第二永磁同步发电机额定功率及第三液压发电支路的第三永磁同步发电机额定功率的比值满足3：1：1。
10.根据权利要求1所述的波浪能发电装置液压发电系统，其特征在于，所述开关模块具体为固态开关。
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