電效率。晚上，太陽能薄膜豎起作為風帆使用，且自動調(diào)整位置吸收風能，利用風帆為船舶提供輔助推力，從而全面提高了太陽能發(fā)電設備的利用率。
[0047](3)船舶風力發(fā)電系統(tǒng)中，風力渦輪機直接驅(qū)動風力發(fā)電機，最大限度捕捉風能，為船舶提供電力，具有供電效率高的優(yōu)點。風力渦輪機底部驅(qū)動擺線推進器旋轉(zhuǎn)，直接向船舶產(chǎn)生推進動力，吸收較大的風力能量，保持風力發(fā)電機工作穩(wěn)定，為船舶提供電力同時還能直接廣生推力，進一步提尚了風能利用效率。
[0048](4)船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)，在波浪隨機變化情況下，波浪能發(fā)電系統(tǒng)模塊自動調(diào)節(jié)杠桿機構(gòu)的支點，保證直線發(fā)電機動子工作在允許范圍內(nèi)且滿行程，解決波浪能發(fā)電過程不均勻、能量輸出不穩(wěn)定的問題，提高發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0049]圖1為本實用新型提供的船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置的整體原理示意圖；
[0050]圖2為本實用新型提供的船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置的側(cè)面安裝布置圖；
[0051]其中，40-船舶甲板，50-船舶主機，60-船舶上層建筑，70-波浪，80-主推進螺旋槳，90-艙蓋；
[0052]圖3為本實用新型提供的船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置的俯視布置圖；
[0053]圖4為本實用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)的一種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖5為本實用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)的另一種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖6為本實用新型提供的支架粧腿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖7為圖6的橫剖面圖；
[0057]圖8為本實用新型實施例一提供的船舶風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖9為本實用新型實施例二提供的船舶風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖10為本實用新型提供的船舶鋰電池儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖11為本實用新型提供的船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0061]以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0062]結(jié)合圖1、圖2和圖3所示，分別為本實用新型提供的船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置的整體原理示意圖、側(cè)面安裝布置圖以及俯視布置圖，船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置，包括:船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)、船舶風力發(fā)電系統(tǒng)、船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)、船舶鋰電池儲能系統(tǒng)、直流并網(wǎng)系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)和交流并網(wǎng)系統(tǒng)；所述船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)、所述船舶風力發(fā)電系統(tǒng)、所述船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)和所述船舶鋰電池儲能系統(tǒng)均并聯(lián)連接到所述直流并網(wǎng)系統(tǒng)的輸入端，所述直流并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出端通過所述逆變系統(tǒng)與所述交流并網(wǎng)系統(tǒng)連接。具體的，所述船舶風力發(fā)電系統(tǒng)包括船舶風力發(fā)電系統(tǒng)本體以及與所述船舶風力發(fā)電系統(tǒng)本體的輸出端連接的第I可控AC/DC并網(wǎng)型整流器；所述船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)本體以及與所述船舶波浪能發(fā)電系統(tǒng)本體的輸出端連接的第2可控AC/DC并網(wǎng)型整流器；所述船舶鋰電池儲能系統(tǒng)包括鋰電池儲能系統(tǒng)以及與所述鋰電池儲能系統(tǒng)的輸出端連接的雙向可控DC/DC并網(wǎng)型儲能器件；所述可控DC/DC并網(wǎng)型光伏變換器、所述第I可控AC/DC并網(wǎng)型整流器、所述第2可控AC/DC并網(wǎng)型整流器和所述雙向可控DC/DC并網(wǎng)型儲能器件并聯(lián)連接到所述直流并網(wǎng)系統(tǒng)的直流母線排。
[0063]以下對上述各主要模塊分別詳細介紹:
[0064]1、逆變系統(tǒng)
[0065]逆變系統(tǒng)為串聯(lián)的并網(wǎng)型DC/AC逆變器、升壓變壓器、有源濾波器、動態(tài)無功補償電路以及出口自動空氣斷路器。
[0066]并網(wǎng)型DC/AC逆變器將120VDC直流電變換為120V60Hz的交流電，經(jīng)過升壓變壓器后變換為440V60HZ的船用交流電，該交流電經(jīng)過有源濾波(APF)和動態(tài)無功補償(SVG)處理進一步提高了電能質(zhì)量，通過空氣斷路器ACBl同步并網(wǎng)在船舶電站的母線排上，這樣把風光儲波浪能發(fā)出的電接入船舶電力系統(tǒng)，同時減少船舶柴油發(fā)電機組的功率輸出，從而達到節(jié)油目的。
[0067]并網(wǎng)型DC/AC逆變器介紹:
[0068]船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置配備105kW的逆變一體機，工作方式為連續(xù)，接線方式為:三相三線，直流側(cè)電壓不小于120-400V，直流電壓紋波VPP〈4%，額定電網(wǎng)電壓:440VAC，允許電網(wǎng)頻率59.3Hz?60.5Hz，允許電網(wǎng)電壓:440V±10%，電流波形失真率(THD)彡3%，最大逆變效率>96%，功率因數(shù)在-0.8?0.8可控。
[0069]該DC/AC逆變器具有直流過電壓保護、過流保護、輸入反接保護、短路保護、接地保護(具有故障檢測功能)、欠壓/過壓保護、過載保護、過熱保護、過/欠頻保護、三相不平衡保護及報警、相位保護以及對地電阻監(jiān)測和報警功能。
[0070]該DC/AC逆變器具有有功功率調(diào)節(jié)能力，并根據(jù)上位機指令控制其有功功率輸出；為實現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié)功能，應能接收并自動執(zhí)行上位機發(fā)送的有功功率控制信號，根據(jù)并網(wǎng)側(cè)電壓頻率、上位機控制指令自動調(diào)節(jié)有功輸出，確保其最大輸出功率及功率變化率不超過給定值。具有一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，應能夠電網(wǎng)頻率偏離下運行。具有通訊接口，能夠與船舶電站PMS、電能質(zhì)量監(jiān)控與管理模塊實時通訊通訊。
[0071]該DC/AC逆變器具有運行模式和工作狀態(tài)，進入所有模式或狀態(tài)，操作人員必須能夠通過在本地和遠程控制操作它們。并網(wǎng)模式下包括充電功能和放電功能，可選擇自動模式和手動模式。在自動模式下，如果選擇并網(wǎng)充電或放電狀態(tài)，逆變器將以默認值對蓄電池進行充電或放電。在手動模式下，用戶可以通過手動修改充電或放電電流、電壓和時間值，使逆變器工作在設定的充電或放電狀態(tài)。
[0072]有源濾波(APF)電路:
[0073]有源濾波通過主動發(fā)出反向諧波(所謂有源)來濾波，有源濾波器的工作原理的基礎是“抵消補償”，在電力三相系統(tǒng)內(nèi)為了消除諧波電流，濾波器通過計算并以完全相反的方向注入相同的諧波，這樣可以完全消除諧波?；谕瑯拥墓ぷ髟?，有源濾波器可以修正功率因數(shù)，產(chǎn)生三相正弦形電流波，滿足負荷要求。
[0074]有源電力濾波器利用全控電力電子元件滿足對電能質(zhì)量(功率因數(shù)和諧波)要求高的船用設備。APF裝置并聯(lián)在配電系統(tǒng)和船舶設備之間，其主要功能是在船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置供電過程中當負載側(cè)產(chǎn)生諧波和無功電流時，保證船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置側(cè)的電流沒有諧波和無功電流，使船舶其他關(guān)鍵敏感設備得以在近似不受干擾的電氣環(huán)境中正常運行，并且不會污染電網(wǎng)。
[0075]有源電力濾波器裝置采用基于雙DSP的主控制器和模塊驅(qū)動器的分層分布式控制器體系，并采用基于彩色觸摸屏的人機界面，具有動態(tài)連續(xù)平滑補償、響應速度快、數(shù)字化、自動化、智能化，人機界面友好，控制方法靈活等特點。
[0076]有源濾波APF響應時間< 100 μ s’完全響應時間< 5ms ;內(nèi)部結(jié)構(gòu)為3H橋設計，散熱效果好，運行穩(wěn)定性高；功率損耗小，滿載時<小于模塊總?cè)萘康?% ;低噪聲設計，(65dB (行業(yè)標準65dB);諧波濾除率> 95% ;功率因數(shù)> 0.98 ;靈活的補償方式，選定的各次諧波補償可進行幅值設定。
[0077]動態(tài)無功補償(SVG)電路:
[0078]根據(jù)船舶風光儲波浪能綜合利用發(fā)電裝置并網(wǎng)側(cè)電壓水平、上位機控制指令等信號自動調(diào)節(jié)無功輸出，其調(diào)節(jié)方式、參考電壓、電壓調(diào)整率、功率因數(shù)等參數(shù)可由上位機遠程設定。
[0079]SVG采用可關(guān)斷電力電子器件組成的自換相橋式電路，通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值與相位，或者是直接控制其交流側(cè)電流。迅速吸收或發(fā)出所需的無功功率，以達到實現(xiàn)快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的。其不但可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，還可以對諧波電流也進行跟蹤補償。包含直流電容和逆變橋兩個部分，其中逆變橋由可關(guān)斷的半導體器件IGBT組成。在工作中，通過調(diào)節(jié)逆變橋中的IGBT器件開關(guān)，可以控制直流逆變到交流的電壓的幅值和相位，因此，整個SVG相當于一個調(diào)相電源。通過檢測系統(tǒng)中所需的無功，可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功，實現(xiàn)無功的就地平衡，保持系統(tǒng)實事高高率因數(shù)運行。
[0080]SVG功率因數(shù)調(diào)整范圍為-0.8?+1 ;響應時間< 100 μ S，完全響應時間< 5ms ;內(nèi)部結(jié)構(gòu)為3H橋設計，散熱效果好，運行穩(wěn)定性高；功率損耗小，滿載時<小于模塊總?cè)萘康?% ;低噪聲設計，(65dB(行業(yè)標準65dB)。
[0081]2、交流并網(wǎng)系統(tǒng)
[0082]交流并網(wǎng)系統(tǒng)包括交流母線排以及多個船舶電站母線排聯(lián)絡開關(guān)；所述交流母線排并聯(lián)各個所述船舶電站母線排聯(lián)絡開關(guān)，每個所述船舶電站母線排聯(lián)絡開關(guān)安裝于向船舶用電設備供電的供電線路。
[0083]3、船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)
[0084]太陽能在船舶上開發(fā)利用是實現(xiàn)船舶節(jié)能減排和提高競爭力的必然選擇之一，也是綠色船舶研究的熱點和發(fā)展趨勢，具有極高的性價比、創(chuàng)新性和實用價值。而天氣、海況及船舶航區(qū)是影響太陽能發(fā)電的決定性因素。傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電技術(shù)，太陽能僅白晝發(fā)電且受陽光照射強度變化的影響，由此導致傳統(tǒng)太陽能發(fā)電設備夜間閑置，具有設備利用率低的不足。
[0085]針對傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電技術(shù)中，太陽能僅白晝發(fā)電且受陽光照射強度變化的影響，由此導致傳統(tǒng)太陽能發(fā)電設備夜間閑置，具有設備利用率低的問題，本實用新型提供船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用風帆型式的可卷曲太陽能薄膜，并且，可卷曲太陽能薄膜通過可伸縮支架支撐，可根據(jù)需要展開或收起。白天，通過對可伸縮支架的高度控制，使太陽能薄膜自動跟蹤太陽光最強方向且調(diào)整在風阻力最小位置，提高太陽光發(fā)電效率。晚上，太陽能薄膜豎起作為風帆使用，且自動調(diào)整位置吸收風能，利用風帆為船舶提供輔助推力，從而全面提高了太陽能發(fā)電設備的利用率。
[0086]具體的，本實用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:可卷曲光伏電池薄膜I和可伸縮支架2 ;可卷曲光伏電池薄膜I通過可伸縮支架2固定在船舶甲板上。因此，通過對可伸縮支架進行高度調(diào)節(jié)，使太陽能電池板工作于不同工作狀態(tài)，如圖4所示，為在白晝晴天時，太陽能電池板發(fā)電狀態(tài)的示意圖；如圖5所示，為在夜晚或陰天，太陽能電池板作為風帆狀態(tài)的示意圖。
[0087]本實用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)船長和寬度布置在甲板的不同位置，只要不影響船舶裝卸貨、不影響船舶穩(wěn)性和強度、操作維護方便簡單、安全可靠即可。
[0088]以下對可卷曲光伏電池薄膜和可伸縮支架分別詳細介紹:
[0089](一)可卷曲光伏電池薄膜
[0090]可卷曲光伏電池薄膜I包括可卷曲薄膜太陽電池板、基板和帆布；可卷曲薄膜太陽電池板的底部與基板的頂面固定連接；基板的底面固定在帆布上。其中，基板優(yōu)選采用塑料。
[0091]可卷曲光伏電池薄膜布置靈活，其長度可按據(jù)實際需要調(diào)整，白天平放吸收太陽能，陰天和夜間可以豎立作風帆推進用。
[0092]本實用新型提供的可卷曲光伏電池薄膜，具有以下創(chuàng)新:
[0093](I)可卷曲光伏電池薄膜使用價格低廉的塑料做基板，比硅晶太陽能電池大幅減少了原料用量和成本。
[0094](2)可卷曲光伏電池薄膜與基板塑料結(jié)合在帆布上，可提高強度和撓度，還可延長光伏電池薄膜的使用壽命。
[0095]具體的，由于船舶甲板為鋼材，烈日照射下溫度極高，帆布可保護光伏電池不受甲板的灼熱影響。
[0096](3)采用可卷曲光伏電池薄膜作為太陽能電池，具有布置靈活、不受船舶甲板形狀的限制。
[0097]例如，可卷曲光伏電池薄膜可橫跨到船舶左右船舷，高度兩米合適，下面可以通行。
[0098]可卷曲光伏電池薄膜可安裝在船舶上層建筑的外墻面上，吸收太陽輻射熱，降低船舶生活空間溫度，也就減小了船舶中央空調(diào)負荷而實現(xiàn)節(jié)能。
[0099]可卷曲光伏電池薄膜可安裝在駕駛臺前方的甲板上，此時，需避免有反射光到駕駛臺，防止影響駕駛員瞭望，可手動或自動調(diào)整四個可伸縮機架粧腿的高度，改變太陽能電池板到合適位置。
[0100]可卷曲光伏電池薄膜可安裝在駕駛臺兩翼及上方，可卷曲光伏電池薄膜作為頂棚，遮雨降溫，同樣能減少船舶中央空調(diào)的負荷而實現(xiàn)節(jié)能。
[0101](4)實際應用中，安裝于船舶甲板不同位置的可卷曲光伏電池薄膜通過并聯(lián)和串聯(lián)后，集中到匯流箱，再連接到DC/DC并網(wǎng)型光伏模塊，DC/DC并網(wǎng)型光伏模塊將光伏電能變換為120±