(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211191072.X (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 柴威　殷乐　何林　秦渲雅　 卞安祺　何纤纤　许梦桐　余象鹏　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 王杰 (51)Int.Cl. H02J 3/38(2006.01) H02J 3/32(2006.01) H02J 3/36(2006.01) H02J 13/00(2006.01)H02J 7/00(2006.01) F03B 13/14(2006.01) (54)发明名称 半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系 统和运行方法 (57)摘要 本发明提供了半潜式海洋平台风光水储多 能互补供电系统和运行方法， 通过融合多种可再 生能源的多能互补， 耦合波浪能发电系统、 风能 发电系统、 太阳能光伏发电系统， 在有限的空间 内充分高效的利用海上能源； 合理配置母线电 压， 控制系统内电能的转换次数和 效率， 在满足 系统供电需求的前提下减少了系统损耗， 实现了 在半潜式海洋平台上的交流向直流输送电力或 直流向交流输送电力的功能。 本发 明采用储能系 统储存回收波浪能发电系统、 组合式垂直轴风机 发电系统、 柔性太阳能光伏发电系统发出的负载 过剩电力， 实现了容量在100 KW·h以上的电能储 存管理； 通过新能源发电技术对海 上多种可再生 能源进行集成利用， 提高了资源利用率， 保证了 供电的可靠性。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115498687 A 2022.12.20 CN 115498687 A 1.半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 包括发电装置、 逆变器、 综合控制箱、 储能模组和负载模块； 发电装置包括波浪能发电装置、 柔性太阳能光伏发电装置、 组合式垂直轴风机发电装 置； 逆变器包括第一AC/DC逆变器、 第一DC/DC逆变器、 第二AC/DC逆变器、 第二DC/DC逆变 器、 第三DC /DC逆变器、 DC/AC逆变器； 波浪能发电装置依次连接第一AC/DC逆变器和第一DC/DC逆变器； 组合式垂直轴风机发 电装置依次连接第二AC/D C逆变器和第二DC/DC逆变器； 柔性太阳能光伏发电装置连接第三 DC/DC逆变器； 第一DC/DC逆变器、 第二DC/DC逆变器和第三DC/DC逆变器的输出端并联接入 综合控制箱； 综合控制箱分别连接储能模组和负载模块； AC/D C逆变器、 D C/DC逆变器和综合 控制箱内部的三相整流器用于对波浪能发电装置、 柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂 直 轴风机发电装置的输出电压进行稳压、 调压及恒流处理； 综合控制箱还用于将处理后的电 压输出给储能模组充电， 或把波浪能发电装置、 柔性太阳能光伏发电装置和组合式垂直轴 风机发电装置的输出电压另路逆变对负载模块进行 供电； 储能模组通过DC/AC逆变器连接负载模块， 用于通过DC/AC逆变器和锁相变频将直流电 转换成符合并 网要求的交流电， 接入电能计量表计量电量后向负载模块并 网输电。 2.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 还 包括继电器开关； 继电器开关包括第一继电器开关、 第二继电器开关、 第三继电器开关和第 四继电器开 关； 波浪能发电装置通过第一继电器开关连接第一AC /DC逆变器； 组合式垂直轴风机发电装置通过第二继电器开关连接第二AC /DC逆变器； 柔性太阳能光伏发电装置通过第三继电器开关连接第三DC /DC逆变器； 综合控制箱通过第四继电器开关连接储能模组； 继电器开关用于在发电装置产生的电量超过继电器线圈的阀值时接收综合控制箱的 反馈， 暂时中断或减缓部分发电装置的运行。 3.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 波 浪能发电装置采用多架环绕布置在半潜式海洋平台周围的可升降阵列振荡浮子发电装置； 每架可升降阵列振荡浮子发电装置搭载多个捕能浮子； 捕能浮子用于利用半潜式海洋平台 进行多点吸能， 并将机 械能传递给同轴的发电机进行发电。 4.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 组 合式垂直轴风机发电装置采用多台轴对称布置在半潜式海洋平台顶部的风力发电机组； 组 合式风机上半部的S型垂直轴风机用于提供启动力矩， 下半部的H型垂 直轴风机用于高效发 电， 使任意方向的风带动叶片转动； 组合式垂直轴风机发电装置依靠带蓄电器的风轮转动 方式传递所捕获的风能， 在复杂情况 下平缓不稳定的风能， 稳定系统内电路。 5.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 柔 性太阳能光伏发电装置采用可弯曲的光合硅能单晶半柔性太阳能板， 布置在半潜式海洋平 台表面， 用于减少障碍物遮挡 、 最大面积地收集太阳能， 提高光伏发电的能源利用效率。 6.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 综权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115498687 A 2合控制箱采用集成了管理系统的芯片处理器， 用于采集、 处理、 分析外界信息和内部信息， 协调控制系统内电源， 最大限度地提高能源利用效率， 避免储能模组频繁充放电以及出现 过放状况， 延 长储能模组的使用寿命， 提高系统的经济性； 充放电控制模组用于应对电源负 载波动， 维持系统的稳定性， 使直流母线输出电压偏差低于 ±10％， 并确保发电装置、 储能 模组与负载模块之间的能量平衡， 输出电压和频率稳定； 外界信息包括气象信息、 水资源信息； 内部信息包括负载用电信息、 储能模组 电量信 息、 逆变器电气信息和继电器开 合信息； 负载模块为半潜式海洋平台的生活作业系统， 用于接收综合控制箱分配的电能并输送 给各施工作业结构和生活电路； 还包括双向逆变 器， 用于连接综合控制箱和负载模块； 还包括外接在综合控制箱上的显示屏， 用于供操作人员实时观测发电能源数据。 7.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 还 包括BMS智能电池 管理模块， BMS智能电池 管理模块分别连接综合控制箱的充放电控制模组 和储能模组， BMS智能电池 管理模块包括充放电保护模块、 均衡控制模块、 电流检测模块、 容 量控制模块、 实时数据管理模块； 充放电保护模块用于以储能端电压为参考参数控制储能模组的充放电模式， 对储能模 组进行充放电管理与保护； 储能模组的充放电模式包括充电模式、 空 闲模式和放电模式； 均衡控制模块用于设置 输入过压保护上限值防止储能模组充电过压； 电流检测模块用于在储能模组充电 电流过大时投入卸荷电路限流保护； 容量控制模块用于在储能模组的电量达到设定上限时根据收到的反馈信号停止对储 能模组充电； 实时数据管理模块用于实时监测储能模组的状态、 实时调整充电电压与电流， 在半潜 式海洋平台需要启动作业系统时通过逆变器转换电能供负载使用， 以及检测蓄电池端电压 和电流并判断是否启动断电保护以防止储 储能模组深度放电； BMS智能电池管理模块还用于电气设备控制、 数据信息采集和处理、 电压电流监测反 馈、 故障警告、 数据库管理和人机交互， 以维护微电网的稳定运行， 提升微电网中供电源的 电能利用效率， 保障微电网输出电能质量。 8.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统， 其特征在于： 储 能模组包括分组管 理的蓄电池； 蓄电池采用48V  200Ah锂电池； 蓄电池用于通过逆变为交流 负载供电或直接为直流负载供电， 还通过存储发电装置产生的电能实现电能缓冲的目的， 当海上能源不足且蓄电池电能充足时， 将多余电能提供 给负载或输送给电网。 9.基于权利要求1至8中任意一项所述的半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统 的运行方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S0： 搭建半潜式海洋平台风光水储多能互补供电系统； 包括发电装置、 逆变器、 综合控 制箱、 储能模组和负载模块； 发电装置包括波浪能发电装置、 柔性太阳能光伏发电装置、 组 合式垂直轴风机发电装置； 逆变器包括第一AC/DC逆变器、 第一DC/DC逆变器、 第二AC/DC逆 变器、 第二DC /DC逆变器、 第三DC /DC逆变器、 DC/AC逆变器； 波浪能发电装置依次连接第一AC/DC逆变器和第一DC/DC逆变器； 组合式垂直轴风机发 电装置依次连接第二AC/D C逆变器和第二DC/DC逆变器； 柔性太阳能光伏发电装置连接第三权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115498687 A 3