柔性直流输电风浪混合发电系统

专利主权项内容

1.一种柔性直流输电风浪混合发电系统，其特征包括垂直轴风能子系统、鼠笼式塔架平台、8个波浪能子系统、功率调控单元以及柔性直流输电站；所述垂直轴风能子系统为移动式风力发电系统，包括捕获能量的风机桨叶、机电转化的发电机以及机舱偏航装置，主动偏航调控风能和塔架平台仰角；鼠笼式塔架平台为风浪混合发电系统的鼠笼型可移动式支撑平台，被动调控塔架仰角；8个波浪能子系统倒挂在塔架平台下端，根据风机桨叶迎风，设置为3个桨叶侧波浪能子系统、3个尾翼侧波浪能子系统以及2个正交侧波浪能子系统，正交侧波浪能子系统最大波浪能捕获，3桨叶侧波浪能子系统和3尾翼侧波浪能子系统受控波浪能捕获以主动调控塔架倾角；功率调控单元是垂直轴风能子系统与波浪能子系统的最大能量捕获和工作模式变换的控制单元；柔性直流输电站汇流风浪捕获能量，并经送端站BOOST变流器馈送至直流电网；所述鼠笼式塔架平台包括圆形平台、刚性椭球浮体和鼠笼式支撑架，鼠笼式塔架平台上端为圆形平台，底端为刚性椭球浮体，经鼠笼式支撑架刚性联结一体，支撑风浪混合发电系统重量；圆形平台中心安装垂直轴风能子系统的塔架，塔架底部配置功率调控单元以及柔性直流输电站，以塔架底座为中心，均匀分布8个波浪能子系统，倒挂在圆形平台底部；刚性椭球浮体安装在塔架平台下侧，被动平抑塔架平台仰角；所述波浪能子系统包括圆柱体浮子、曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮、曲柄联杆Ⅱ、直线电机、浮子缆绳、波浪能机舱舱壁和制动器；所述圆柱体浮子在海浪浮力和激振力作用下，垂直上下运动捕获波浪能；所述曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮以及曲柄联杆Ⅱ构成变速机构，将圆柱体浮子的低速运动与直线电机动子的高速运动互相转化；所述直线电机包括永磁体动子和绕线式定子，动子在定子内腔中高速运动，直线电机因波浪子系统的波浪能捕获和塔架倾角主动调控，分别工作在发电模式和电动模式，运行在发电模式时，直线电机动子在圆柱体浮子、曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮以及曲柄联杆Ⅱ的共同推动下高速运动，将波浪能转化为电能；运行在电动模式时，直线电机动子在电能驱动下高速运动，经曲柄联杆Ⅱ、变速外轮、变速内轮和曲柄联杆Ⅰ，反向驱动圆柱体浮子运动，改变圆柱型浮子的浸润体积和浮力，主动调控塔架倾角；所述浮子缆绳将圆柱体浮子弹性固定，抑制圆柱体浮子水平位移；所述波浪能机舱舱壁是波浪能子系统保护隔离设备，确保内部设备的密封性和抗腐蚀性；所述制动器是波浪能子系统的制动安全保护装置，制动锁存圆柱体浮子位置和浸润体积，主动调控塔架倾角；所述功率调控单元包括1个风能PWM整流器，8个波浪能PWM变流器、8个BUCK-BOOST变流器；所述1个风能PWM整流器是垂直轴风能子系统功率控制单元，通过PWM占空比调制实现风能最大捕获和功率控制；所述8个波浪能PWM变流器是波浪能子系统的功率控制环节，存在整流和逆变两种状态，分别对应波浪能子系统的发电模式和电动模式，并通过PWM占空比调控发电模式波浪能子系统的捕获功率和电动模式波浪能子系统的浸润体积；所述8个BUCK-BOOST变流器是波浪能子系统的升降压环节，进行波浪能子系统发电模式时的BOOST升压汇流，以及波浪能子系统电动模式时，BUCK-BOOST变流器运行在BUCK降压状态，将风浪汇流直流母线输出电能降压，输送至逆变状态PWM变流器和直线电机；所述柔性直流输电站包括风浪汇流直流母线和送端站变流器；所述风浪汇流直流母线是垂直轴风能子系统和波浪能子系统耦合汇流母线，母线电压由送端站变流器控制；所述送端站变流器为BOOST变流器，以电网调度功率以及风浪汇流直流母线电压恒定为目的，将风浪产生电能，馈送至柔性直流输电电网；柔性直流输电风浪混合发电系统存在风能最大波浪能受控捕获、风能波浪能最大捕获以及风机偏航波浪能捕获三种工作模式：1)塔架倾角主动调控当塔架倾角θ大于塔架最大倾角θ或者波浪能子系统存在制动锁存状态时，3个尾翼侧波浪能子系统、3个桨叶侧波浪能子系统以及风能子系统，协同完成塔架倾角主动调控，电网调度功率由3个桨叶侧波浪能子系统、2个正交侧波浪能子系统和风能子系统协同提供，max当时，塔架倾角由3个尾翼侧波浪能子系统和3个桨叶侧波浪能子系统协同完成塔架倾角主动调控，3个尾翼侧波浪能子系统运行在电动模式，风浪汇流直流母线输出电能，经BUCK-BOOST变流器降压和波浪能PWM变流器逆变，驱动直线电机动子高速运动，经曲柄联杆Ⅱ、变速外轮、变速内轮和曲柄联杆Ⅰ驱动圆柱体浮子向下垂直运动，增加浮子浸润体积，直至圆柱体浮子完全浸没，提供最大浮力，主动平抑塔架倾角；3个桨叶侧波浪能子系统运行发电模式，实现塔架倾角主动调控，动态调控圆柱体浮子的波动位移，圆柱体浮子捕获的波浪能经曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮和曲柄联杆Ⅱ驱动直线电机动子高速运动，直线电机定子切割磁力线发电，经波浪能PWM变流器整流和占空比调节，控制波浪能捕获和浮子的波动位移，以实现塔架倾角主动调控的目标，直至圆柱体浮子浸润体积最小；调控后直流电，经BUCK-BOOST变流器升压，汇流至风浪汇流直流母线，当塔架倾角θ小于塔架最大倾角θ时，经制动器制动锁存上述圆柱体浮子当前位置，塔架仰角主动调控完成；max当时，波浪能子系统已无能力完成塔架倾角主动调控，此时风能子系统偏航侧风，降低风机桨叶所致塔架倾覆力矩，塔架倾角主动调控由3个尾翼侧波浪能子系统、3个桨叶侧波浪能子系统以及风能子系统协同完成，3个尾翼侧波浪能子系统运行在电动模式，风浪汇流直流母线输出电能，经BUCK-BOOST变流器降压和波浪能PWM变流器逆变，驱动直线电机动子高速向下运动，经曲柄联杆Ⅱ、变速外轮、变速内轮和曲柄联杆Ⅰ驱动圆柱体浮子向下垂直运动，增大圆柱体浮子的浸润体积，直至达到最大浮力，此时圆柱体浮子完全浸入水中，由制动器制动锁存当前圆柱体浮子位置；3个桨叶侧波浪能子系统也运行在电动模式，风浪汇流直流母线输出电能，经BUCK-BOOST变流器降压和波浪能PWM变流器逆变，驱动直线电机动子向上高速运动，经曲柄联杆Ⅱ、变速外轮、变速内轮和曲柄联杆Ⅰ驱动圆柱体浮子向上垂直运动，减小圆柱体浮子的浸润体积，直至达到最小浮力，此时圆柱体浮子完全脱离海水，由制动器制动锁存当前圆柱体浮子位置，风能子系统风机机舱开始偏航侧风，逐步减小塔架倾覆力矩，当塔架倾角θ小于塔架最大倾角θ时，风机机舱偏航侧风结束，塔架仰角主动调控完成；max在风能子系统中，风机桨叶实时捕获风能，经桨叶中轴驱动风机机舱内发电机发电，输送至风能PWM整流器进行优化转速的跟踪控制，实现有效风速下的风能最大捕获，调控后直流电汇流至风浪汇流直流母线；2个正交侧波浪能子系统运行在发电模式，圆柱体浮子上下垂直运动，经曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮和曲柄联杆Ⅱ驱动直线电机动子高速运动，直线电机定子切割磁力线发电，经波浪能PWM变流器整流和占空比调节，实现波浪能最大捕获；调控后直流电，经BUCK-BOOST变流器升压，汇流至风浪汇流直流母线，风浪汇流直流母线上的电能，经送端站变流器升压，输送至柔性直流电网；2)风能最大捕获当塔架倾角θ小于塔架最大倾角θ，波浪能子系统中无制动锁存状态，当前风浪总捕获功率不满足调度功率且风向偏移角α小于偏航起动角β时，塔架仰角完全由刚性椭球形浮体被动调控实现，风能子系统和8个波浪能子系统全部最大捕获；max在风能子系统中，风机桨叶实时捕获风能，经桨叶中轴驱动风机机舱内的发电机发电，输送至风能PWM整流器进行占空比控制，进行优化转速的跟踪，实现有效风速下的最大风能捕获，调控后直流电汇流至风浪汇流直流母线；8个波浪能子系统均运行发电模式，圆柱体浮子在波浪作用下上下垂直运动，经曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮和曲柄联杆Ⅱ驱动直线电机动子高速运动，直线电机定子切割磁力线发电，经波浪能PWM变流器整流和占空比调节，实现波浪能最大捕获，调控后直流电，经BUCK-BOOST变流器升压，汇流至风浪汇流直流母线；风浪汇流直流母线上的电能，经送端站变流器升压，输送至柔性直流电网；3)偏航波浪最大捕获当塔架倾角θ小于塔架最大倾角θ，波浪能子系统中无制动锁存状态，当前风浪总捕获功率无法满足调度功率，且风向角大于偏航起动角时，塔架倾角完全由刚性椭球形浮体被动调控，风能子系统偏航迎风并实现最大捕获控制，8个波浪能子系统全部实现最大功率捕获，共同满足电网调度功率；max在风能子系统中，风机机舱偏航迎风，增大风能最大捕获功率，同时塔架倾角逐步增大，电压传感器和电流传感器实时测量风能PWM整流器输出的电流和电压，计算当前状态下风浪总捕获功率，当风浪总捕获功率等于电网调度功率或者塔架倾角等于塔架最大倾角时，风机机舱偏航迎风结束；在整个风机机舱偏航迎风过程中，风机桨叶实时捕获风能，经桨叶中轴驱动风机机舱内的发电机发电，输送至风能PWM整流器占空比调制，进行优化转速的跟踪控制，实现有效风速下的风能最大捕获，调控后直流电汇流至风浪汇流直流母线；8个波浪能子系统均运行最大捕获模式，圆柱体浮子在波浪作用下上下垂直运动，经曲柄联杆Ⅰ、变速内轮、变速外轮和曲柄联杆Ⅱ驱动直线电机动子高速运动，直线电机定子切割磁力线发电，经波浪能PWM变流器整流和占空比调节，实现波浪能最大捕获，调控后直流电，经BUCK-BOOST变流器升压，汇流至风浪汇流直流母线，风浪汇流直流母线上的电能，经送端站变流器升压，输送至柔性直流电网。 来自马克数据网