[发明专利]一种直驱型海浪发电储能装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能装置及控制方法，特别是关于一种用于将海水波动的动能转化为电能的直驱型海浪发电储能装置及控制方法。

背景技术

海浪发电将海水垂直波动的动能转化为电能，由于海浪的速度和频率都比较低，一般的海浪周期是从几秒到十几秒，如果利用传统电机发电，需要通过一个提速的过程将海浪的动能转换成可以驱动旋转式电机的形式，这样会使得系统的成本及复杂性提高，而且增加了额外的能量损耗及维护。直驱型海浪发电系统一般采用直线发电机直接将海浪的上下运动转换为电能，其维护周期及成本较小。但是直驱型海浪发电系统所产生的电能功率随海浪瞬时状态变化波动极大，由于中间没有液压或气压系统的隔离调节，所产生的电能是频率和峰值一直变化的低频交流电。因此，海浪发电是一种不稳定的电源，在供给负载使用前需要进行处理才能使海浪发电产生的功率具有可调度性，使用时更加方便。

储能装置为平抑间隙性功率波动、可靠并网提供了一种有效的方法，与风力发电和光伏发电类似，海浪发电输出功率受天气状况影响，会出现数十分钟或小时级的功率波动，这样的波动会使海浪发电系统在并网发电时的可调度性差，并带来电能质量和稳定性变差等问题。然而，与风力发电和光伏发电不同的是在同一个海浪周期内其输出功率幅值变化非常大，甚至会出现两次零功率的时刻，使得功率平稳性远低于风力发电和光伏发电。目前现有的电能存储模式有铅酸蓄电池、镍氢电池、超级电容器、飞轮储能、超导磁储能、液流电池、锂电池等。其中，超级电容具有功率密度大、充电时间短、循环寿命长、充放电效率高等特点，但能量密度却有限；蓄电池具有能量密度大、技术成熟、成本低的特点，但功率密度小，循环使用次数有限。单独的储能系统都无法同时满足海浪发电系统对容量和功率的要求，而且也无法实现对功率波动的实时平抑。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够同时满足海浪发电系统对容量和功率的要求，不但能够对海浪发电产生的功率进行调度且能够实时平抑功率波动，同时能够保证负载侧输入功率平稳性的直驱型海浪发电储能装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直驱型海浪发电储能装置，其特征在于：它包括一直驱型海浪发电机、一AC/DC变换器、一DC/AC变换器、若干负载、两DC/DC变换器、一混合储能系统和一控制器，所述混合储能系统包括一超级电容器组和一蓄电池组；所述直驱型海浪发电机的动子连接漂浮在海中的浮标将海浪的动能转化为低频交流电并发送到所述AC/DC变换器的输入端，所述AC/DC变换器将低频交流电转换为直流电并通过直流母线与所述DC/AC变换器的输入端连接，所述DC/AC变换器的输出端连接所述负载将直流母线的电压逆变为所述负载所需要的交流电，直流母线还分别连接两所述DC/DC变换器的一端，其中一所述DC/DC变换器的另一端连接所述超级电容器组，另一所述DC/DC变换器的另一端连接所述蓄电池组，所述控制器通过两所述DC/DC变换器分别控制所述超级电容器组和蓄电池组的充、放电状态，保持所述直驱型海浪发电机的输出功率与所述负载的功率之间的平衡。

两所述DC/DC变换器分别包括一电感和两开关，所述两开关串联在直流母线之间且两开关之间与所述电感一端相连，所述电感的另一端连接所述超级电容器组和蓄电池组中的一种。

两所述DC/DC变换器分别采用具有双向变换的升、降压型转换器。

所述控制器设置有比较器、比例积分控制单元、数字滤波单元、反相器和比例放大单元。

所述直驱型海浪发电机采用纵向磁场直线电机、横向磁场直线电机、变磁阻永磁直线电机、圆筒型直线电机中的一种；所述超级电容器组采用由双电层超级电容器、电化学超级电容器单体连接而成；所述蓄电池组采用铅酸电池、锂电池、钒流体电池之一组成。