[发明专利]适用于海洋石油平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统

摘要

本发明利用太阳能、风能、潮流能和波浪能多种海洋能，设计出一种适用于海洋平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统。不同海洋能在时间和空间上具有互补性，因而该发电系统可以为平台的钻井机提供持续稳定的电能，能够最大限度地利用海洋能降低燃油消耗。该海洋能发电系统通过并网换流器，可以与海洋平台的船舶电网长期稳定地并联运行。所以，当钻井机消耗功率小于海洋能发电功率时，系统可以通过并网换流器将剩余电能馈送至船舶电网；当钻井机消耗功率大于海洋能发电功率时，系统可以通过并网换流器将船舶电网电能注入发电系统，补充发电功率的缺额。为了限制发电系统电压波动幅值，系统配置了储能单元，利用动力电池充放电改善电压稳定性。

主权项

1.一种适用于海洋平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统，包括发电单元、储能单元、并网单元、负载单元、直流母排和控制器；其特征在于：发电单元包括太阳能光伏电池、光伏电池DC/DC变流器、风能发电机、风能发电机AC/DC变流器、潮流能发电机、潮流能发电机AC/DC变流器、波浪能发电机、波浪能发电机AC/DC变流器；太阳能光伏电池、风能发电机、潮流能发电机、波浪能发电机、波浪能发电机AC/DC变流器将海洋能转换成电能，通过相应的光伏电池DC/DC变流器、风能发电机AC/DC变流器、潮流能发电机AC/DC变流器、波浪能发电机AC/DC变流器向直流母排注入直流电能；光伏电池DC/DC变流器、风能发电机AC/DC变流器、潮流能发电机AC/DC变流器、波浪能发电机AC/DC变流器为PWM变流器，既可以工作在最大功率跟踪方式，也可以工作在恒压下垂方式；储能单元包括动力电池和动力电池双向DC/DC变流器；动力电池双向DC/DC变流器具有充电、放电和待机3种运行状态，以及恒压下垂和限流2种工作方式；在船舶电网故障扰动运行模式下，储能单元利用双向DC/DC变流器，通过充电或放电来稳定直流母排电压；当动力电池荷电状态超出上下限范围时，动力电池被禁止充放电，避免出现过充或过放现象；并网单元包括并网双向AC/DC变流器和隔离变压器，将直流母排接入船舶电网，实现所述适用于海洋平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统与船舶电网两者的并联运行；并网双向AC/DC变换器具有逆变、整流、待机3种运行状态，以及恒压下垂和限流2种工作方式；控制器对并网单元进行运行状态和工作方式切换，控制所述适用于海洋平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统与船舶电网之间的功率交换；当发电单元故障失效时，船舶电网独立供电钻井机负载；并网双向AC/DC变流器在过载状态下处于限流方式，否则工作在恒压下垂方式；负载单元包括平台钻井机逆变器和钻井机电动机；钻井机电动机连接平台钻井机逆变器，平台钻井机逆变器连接直流母排；控制器连接直流母排以及动力电池双向DC/DC变流器、光伏电池DC/DC变流器、风能发电机AC/DC变流器、潮流能发电机AC/DC变流器、波浪能发电机AC/DC变流器，根据直流母排的电压控制动力电池双向DC/DC变流器、光伏电池DC/DC变流器、风能发电机AC/DC变流器、潮流能发电机AC/DC变流器、波浪能发电机AC/DC变流器的运行状态与工作方式，调节各变流器的电能流；控制器采用电压滞环控制方法，设置运行模式变量，标识发电系统当前运行模式；发电系统运行模式切换前后的直流母排电压信号差值称为回差；如果直流母排电压由低向高变化，当直流母排电压大于相邻高模式切换点阈值与回差的一半之和时，控制器的电压滞环控制模块翻转，将发电系统控制为相邻高模式，运行模式变量更新为当前高运行模式；如果直流母排电压由高向低变化，当直流母排电压小于相邻低模式切换点阈值与回差的一半之差时，控制器的电压滞环控制模块翻转，将发电系统控制为相邻低模式，运行模式变量更新为当前低运行模式。