本发明涉及海上风电机组领域，特别是涉及一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统及其控制方法。
背景技术：
随着海上风力发电机组的大型化其在紧急情况的冷却、台风情况下偏航及应急用电的安全日益重要。现在由于海上风电大型化，已经向着10mw以上等级发展，其面临巨大的技术挑战，主要体现在以下几个方面：
1.其电气传动系统和机械传动系统(如果有)由于功率较大，散热及冷却要求较高，有些甚至要采用态变化的介质，对于冷却系统的持续安全运行有较高要求，停止将产生较大损失，并对后期维护造成较大影响。
2.海上型风力发电机组经常需要面对台风等海上恶劣的工况，在断电并遇到台风等应急情况下，需要能够有足够能量进行机组的偏航背风以保证机组在台风下最大生存能力。
因此，提高海上风电机组在紧急情况下的生存能力显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统及其控制方法，本发明的海上型发电系统，以海洋能发电作为大型风力发电机组的备用及二次能源，与风力发电机组组成复合发电系统，不仅可以提高发电量，而且在紧急情况下为风力发电机组的低温冷却系统、偏航背风及相关应急用电提供能源，有效利用海洋能。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，包括海上风力发电机组，所述海上风力发电机组包括风力发电机和与风力发电机连接的电力传动变流器、偏航系统和低温冷却系统，所述风力发电机通过电力传动变流器与区域电网连接，还包括潮流能发电机组、波浪能发电机组、储能系统、场级控制网络、场级控制器，其中：
所述潮流能发电机组和波浪能发电机组均与场级控制器连接；所述风力发电机通过场级控制网络与场级控制器连接；所述场级控制器与区域电网和储能系统连接；
在监测到所述电网正常时，所述风力发电机、所述潮流能发电机组和波浪能发电机组向区域电网输送电能，所述场级控制器控制发电容量并对储能系统进行充电；
在监测到电网故障时，所述潮流能发电机组、波浪能发电机组和储能系统进行电力供给，包括供电给低温冷却系统和偏航系统，通过场级控制网络控制能量平衡。
进一步地，还包括与储能系统连接的海上应急生存系统，用于紧急避险、通讯和/或呼救。
进一步地，所述海上应急生存系统还通过场级控制器与潮流能发电机组和波浪能发电机组连接；所述海上应急生存系统通过储能系统、潮流能发电机组和波浪能发电机组供电进行紧急避险、通讯和/或呼救。
进一步地，所述海上应急生存系统安装在所述海上风力发电机组的机位处。
进一步地，所述海上风力发电机组具备航空及航海指示灯。
进一步地，所述储能系统为电池、超级电容或燃料电池堆。
进一步地，所述低温冷却系统还与电力传动变流器连接。
另一方面，提供一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的控制方法，包括：
1)在监测到正常状态下，海上型风力发电机组、潮流能发电机组和波浪能发电机组正常发电，为电网输送电能；并通过场级控制器控制发电容量并对储能系统进行充电；
2)在监测到电网故障时，由潮流能发电机组，波浪能发电机组和储能系统进行电力供给：为低温冷却系统供电保证系统冷却介质的正常工作态，并能维持海上风电机组的偏航系统进行偏航背风控制；此时由场级控制网络控制系统的能量平衡。
进一步地，所述步骤2)中，还包括海上应急生存系统，通过潮流能发电机组，波浪能发电机组和储能系统进行电能供给。
进一步地，所述步骤2)中，电网故障包括：区域电网电能中断和/或海上型风力发电机组停止工作。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明的海上型发电系统，以海洋能发电作为大型风力发电机组的备用及二次能源，与风力发电机组组成复合发电系统，不仅可以提高发电量，而且在紧急情况下为风力发电机组的低温冷却系统、偏航背风及相关应急用电提供能源，即在发生电网故障等紧急情况下，导致电网电能中断，风力发电机也停止工作时，通过潮流能发电机组、波浪能发电机组和储能系统进行电力供给，使海上型发电系统可以保证：
1)在发生电网故障等紧急情况下，保证低温冷却系统正常稳定运行；
2)在发生电网故障，并遇到恶劣自然条件时，可以使用海洋能源系统进行供电进行偏航等工作。
3)海上风力发电机组具备航空及航海指示灯，远处就可看到，可在发电系统设置应急生存设备，海上遇险的人员可以到机位进行避险并通讯进行呼救。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的海上型风力发电系统的各系统的连接示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明提供一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的实施例，如图1所示，包括海上风力发电机组，海上风力发电机组包括风力发电机1和与风力发电机1连接的电力传动变流器2、偏航系统4和低温冷却系统3，风力发电机1通过电力传动变流器2与区域电网100连接，还包括潮流能发电机组10、波浪能发电机组11、储能系统12、场级控制网络6、场级控制器，其中：
潮流能发电机组10和波浪能发电机组11均与场级控制器连接；风力发电机1通过场级控制网络6与场级控制器连接；场级控制器与区域电网100和储能系统12连接；
在监测到电网正常时，风力发电机1、潮流能发电机组10和波浪能发电机组11向区域电网输送电能，场级控制器控制发电容量并对储能系统进行充电；
在监测到电网故障时，潮流能发电机组10、波浪能发电机组11和储能系统12进行电力供给，包括供电给低温冷却系统3和偏航系统4，通过场级控制网络6控制能量平衡。
本发明的海上型风力发电系统在使用时，正常状态下风力发电机1，潮流能发电机组10和波浪能发电机组11正常发电，为电网输送电能。此时由场级控制器控制发电容量并对储能系统12进行充电，这时候电能功率为p1 p10 p11＝p3 p4 p5 p12 p100。而在紧急情况下，电网100电能中断，风力发电机1此时已经停止工作，由海洋潮流能发电系统10，海洋波浪能发电系统11和储能系统12进行电力供给，保证低温冷却系统冷却介质的正常工作态；并在遇到恶劣自然条件时，可以使用海洋能源系统(海洋潮流能发电系统10，海洋波浪能发电系统11)供电进行偏航等工作，可以为机组的偏航背风提供足够能量，以保证机组在台风下最大生存能力；又如发生台风等恶劣自然情况或者落难人员需要使用应急生存装置，则也可为其进行供电。此时由场级控制网络6控制系统的能量平衡，即p10 p11 p12＝p3 p4 p5。
作为优选的方案，还包括与储能系统12连接的海上应急生存系统5，用于紧急避险、通讯和/或呼救，海上应急生存系统5一般安装在海上风力发电机组的机位处。通过储能系统为海上应急生存系统供电，使海上遇险的人员可以到机位进行避险并通讯进行呼救。
为了使海上应急系统能得到充足供电，海上应急生存系统5还通过场级控制器13与潮流能发电机组10和波浪能发电机组11连接；海上应急生存系统5通过储能系统12、潮流能发电机组10和波浪能发电机组11供电进行紧急避险、通讯和/或呼救。
进一步地，海上风力发电机组具备航空及航海指示灯，远处就可看到，可指引海上遇险的人员到机位进行避险并通讯进行呼救。
进一步地，储能系统12可以为电池、超级电容或燃料电池堆等储能设备。
进一步地，低温冷却系统3还与电力传动变流器2连接，为电力传动变流器制冷。
另一方面，提供一种上述以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的控制方法，包括：
1)在监测到正常状态下，海上型风力发电机组、潮流能发电机组10和波浪能发电机组11正常发电，为电网输送电能；并通过场级控制器控制发电容量并对储能系统12进行充电；
2)在监测到电网故障时，由潮流能发电机组10，波浪能发电机组11和储能系统12进行电力供给：为低温冷却系统3供电保证系统冷却介质的正常工作态，并能维持海上风电机组的偏航系统4进行偏航背风控制；此时由场级控制网络6控制系统的能量平衡。
进一步地，步骤2)中，还包括海上应急生存系统5，通过潮流能发电机组10，波浪能发电机组11和储能系统12进行电能供给。
进一步地，步骤2)中，电网故障包括：区域电网100电能中断和/或海上型风力发电机组停止工作。
本发明的海上型风力发电系统及控制方法，以海洋能(潮流能、波浪能)为备用及辅助电源，不仅在正常态可以提高发电量，而且在紧急情况下为风力发电机组的低温冷却系统、偏航背风及相关应急用电提供能源，即在发生电网故障等紧急情况下，导致电网电能中断，风力发电机也停止工作时，通过潮流能发电机组、波浪能发电机组和储能系统进行电力供给，使海上型发电系统可以保证：
1)在发生电网故障等紧急情况下，保证低温冷却系统正常稳定运行，可避免低温冷却系统停止产生的较大损失，减少对后期维护；
2)在发生电网故障，并遇到台风等恶劣自然条件时，在断电并遇到台风等应急情况下，可以使用海洋能源系统提供足够的能量以进行偏航背风等工作，以保证机组在台风下最大生存能力。
3)海上风力发电机组具备航空及航海指示灯，远处就可看到，可在发电系统设置应急生存设备，海上遇险的人员可以到机位进行避险并通讯进行呼救。
本发明主要是针对海上大型风力发电机组在紧急情况下存在的问题，包括在紧急情况下难以提供低温冷却系统运行、偏航背风等工作的足够能量，而单一的储能系统为消耗性能源，不能持续提供能量，本发明通过设置互补的辅助海洋能发电系统(潮流能发电机组、波浪能发电机组)，在正常态时可以提高发电量，也可以通过内部控制完成自备电的提供，在机组内部发电系统完成能量互补，在区域电网发生故障时，辅助发电系统(潮流能发电机组、波浪能发电机组、储能系统)可由发电到电网改为自供电，以保证机组的安全性，尤其在紧急情况下为风力发电机组的低温冷却系统、偏航背风及相关应急用提供能源，保证系统的安全性，提高海上大型风力发电机组在紧急情况的生存能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
1.一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，包括海上风力发电机组，所述海上风力发电机组包括风力发电机和与风力发电机连接的电力传动变流器、偏航系统和低温冷却系统，所述风力发电机通过电力传动变流器与区域电网连接，其特征在于，还包括潮流能发电机组、波浪能发电机组、储能系统、场级控制网络、场级控制器，其中：
所述潮流能发电机组和波浪能发电机组均与场级控制器连接；所述风力发电机通过场级控制网络与场级控制器连接；所述场级控制器与区域电网和储能系统连接；
在监测到所述电网正常时，所述风力发电机、所述潮流能发电机组和波浪能发电机组向区域电网输送电能，所述场级控制器控制发电容量并对储能系统进行充电；
在监测到电网故障时，所述潮流能发电机组、波浪能发电机组和储能系统进行电力供给，包括供电给低温冷却系统和偏航系统，通过场级控制网络控制能量平衡。
2.根据权利要求1所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，还包括与储能系统连接的海上应急生存系统，用于紧急避险、通讯和/或呼救。
3.根据权利要求2所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，所述海上应急生存系统还通过场级控制器与潮流能发电机组和波浪能发电机组连接；所述海上应急生存系统通过储能系统、潮流能发电机组和波浪能发电机组供电进行紧急避险、通讯和/或呼救。
4.根据权利要求2或3所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，所述海上应急生存系统安装在所述海上风力发电机组的机位处。
5.根据权利要求1至4任一所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，所述海上风力发电机组具备航空及航海指示灯。
6.根据权利要求1至5任一所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，所述储能系统为电池、超级电容或燃料电池堆。
7.根据权利要求1至6任一所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统，其特征在于，所述低温冷却系统还与电力传动变流器连接。
8.一种以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的控制方法，其特征在于，包括：
1)在监测到正常状态下，海上型风力发电机组、潮流能发电机组和波浪能发电机组正常发电，为电网输送电能；并通过场级控制器控制发电容量并对储能系统进行充电；
2)在监测到电网故障时，由潮流能发电机组，波浪能发电机组和储能系统进行电力供给：为低温冷却系统供电保证系统冷却介质的正常工作态，并能维持海上风电机组的偏航系统进行偏航背风控制；此时由场级控制网络控制系统的能量平衡。
9.根据权利要求8所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，还包括海上应急生存系统，通过潮流能发电机组，波浪能发电机组和储能系统进行电能供给。
10.根据权利要求8或9所述的以海洋能为辅助电源的海上型风力发电系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，电网故障包括：区域电网电能中断和/或海上型风力发电机组停止工作。
技术总结