技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及
风力发电技术领域，尤其涉及一种海上风力发电系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 海上
风能相对陆地风能更为丰富也更加稳定且不占用陆地资源，因此开发潜力巨大，可利用风能储量约为陆上的三倍。
[0003] 目前国内近海海上风电开发已经处于稳定发展阶段，但是近海有环境、航道、军事等诸多因素限制，未来必定向深远海域方向发展。深远海域海上风
电场由于其地理
位置的特殊性，一般具有离岸距离远、海域
水深相对较深等特点。
[0004] 由于海上风力发电系统的风电
基础需要浸泡在
海水中，容易发生
腐蚀，
现有技术中的防腐蚀方法对于深远海域海的风力发电装置来说，实施和维护非常困难，工程造价昂贵，且保护措施的可靠性较低。现有技术当中缺乏长期有效且经济性好的深远海域海上风机基础的保护方案，难以确保海上风力发电系统的安全稳定运行。
发明内容
[0005] 本发明实施例提供一种海上风力发电系统及其控制方法，以实现为深远海域的海上风力发电系统提供保护方案，防止风机基础的
钢结构被腐蚀，保证海上风力发电系统的安全稳定运行。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种海上风力发电系统，该海上风力发电系统包括：
[0007] 风力发
电机组、
光伏发电装置、储能装置、
整流器和
控制器，所述风力
发电机组、所述光伏发电装置和所述储能装置分别与所述整流器的
电能输入端电连接，所述整流器的控制端、所述
风力发电机组、所述光伏发电装置和所述储能装置分别与所述控制器电连接，所述整流器的电能输入端和所述控制器分别与
电网电连接，所述控制器控制所述风力发电机组、所述光伏发电装置、所述储能装置和所述电网输出至所述整流器的电能；以及，[0008] 风机基础，所述风力发电机组设置于所述风机基础，所述风机基础的钢结构作为保护
阴极，与所述整流器的负极输出端电连接，所述风机基础的接地体作为辅助
阳极，与所述整流器的正极输出端电连接，所述控制器控制所述整流器为所述保护阴极和所述辅助阳极供电。
[0009] 进一步地，所述控制器用于在所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量大于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量时，控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置输出剩余电量至所述电网和所述储能装置；
[0010] 在所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量小于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量时，控制所述储能装置或所述电网输出电能至所述整流器。
[0011] 进一步地，所述控制器用于在所述整流器或所述控制器与所述电网断开连接时，若所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量大于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量，则控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置输出剩余电量至所述储能装置；
[0012] 若所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量小于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量，则控制所述储能装置输出电能至所述整流器。
[0013] 进一步地，所述控制器还用于在所述储能装置的储能
电池充满电时，控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置减小输出功率。
[0014] 进一步地，所述风机基础包括工作平台，所述风力发电机组、所述光伏发电装置、所述储能装置和所述控制器均设置于所述工作平台。
[0015] 进一步地，所述光伏发电装置包括光伏组件和
支架，所述光伏组件通过所述支架与所述工作平台连接；
[0016] 所述储能装置包括储能电池，所述储能电池设置于所述风力发电机组的塔筒内；
[0017] 所述整流器设置于所述风机基础的钢结构或所述风力发电机组的塔筒内；
[0018] 所述控制器设置于所述风力发电机组的塔筒内。
[0019] 第二方面，本发明实施例还提供了一种海上风力发电系统的控制方法，所述海上风力发电系统包括：风力发电机组、光伏发电装置、储能装置、整流器和控制器，所述风力发电机组、所述光伏发电装置和所述储能装置分别与所述整流器的电能输入端电连接，所述整流器的控制端、所述风力发电机组、所述光伏发电装置、和所述储能装置和所述整流器分别与所述控制器电连接，所述整流器的电能输入端和所述控制器分别与电网电连接；以及风机基础，所述风力发电机组设置于所述风机基础，所述风机基础的钢结构作为保护阴极，与所述整流器的负极输出端电连接，所述风机基础的接地体作为辅助阳极，与所述整流器的正极输出端电连接；
[0020] 所述海上风力发电系统的控制方法包括：
[0021] 所述控制器控制所述风力发电机组、所述光伏发电装置、所述储能装置和所述电网输出至整流器的电能；
[0022] 所述控制器控制所述整流器为所述保护阴极和所述辅助阳极供电。
[0023] 进一步地，所述控制器控制风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网输出至整流器的电能包括：
[0024] 所述控制器在所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量大于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量时，控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置输出剩余电量至所述电网和所述储能装置；
[0025] 所述控制器在所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量小于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量时，控制所述储能装置或所述电网输出电能至所述整流器。
[0026] 进一步地，所述控制器控制风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网输出至整流器的电能包括：
[0027] 所述控制器在所述整流器或所述控制器与所述电网断开连接时，若所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量大于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量，则控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置输出剩余电量至所述储能装置；
[0028] 若所述风力发电机组和所述光伏发电装置的发电量小于所述保护阴极和所述辅助阳极的用电量，则控制所述储能装置输出电能至所述整流器。
[0029] 进一步地，所述控制方法还包括：
[0030] 所述控制器在所述储能装置的储能电池充满电时，控制所述风力发电机组和所述光伏发电装置减小输出功率。
[0031] 本发明实施例提供了一种海上风力发电系统及其控制方法，该海上风力发电系统通过控制器控制风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网向整流器输出电能，并控制整流器将输入的电能转换为满足防止风机基础的钢结构腐蚀所需的电能，以为风机基础的保护阴极和辅助阳极供电，解决了现有技术缺乏长期有效且经济性好的深远海域海上风机基础的保护方案的问题，能够有效防止风机基础的钢结构被腐蚀，保证了海上风力发电系统的安全稳定运行。并且，本实施例将风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网联合为保护阴极和辅助阳极供电的方案，相对于传统海上风力发电系统需要定期更换
牺牲阳极的防腐蚀方案，更加适应于深远海域的海上风力发电系统，易于实施和维护，能够适用于海上风力发电系统的整个寿命周期，而且，即使在深远海域，海上风力发电系统也可以从电网倒送电以解决应急用电的问题。
附图说明
[0032] 图1是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的模
块结构示意图；
[0033] 图2是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的结构示意图；
[0034] 图3是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图；
[0035] 图4是本发明实施例提供的另一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图；
[0036] 图5是本发明实施例提供的另一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0038] 图1是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的模块结构示意图。图1示意性地示出了该海上风力发电系统中各模块结构之间的电气连接关系。如图1所示，该海上风力发电系统，包括：风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3、整流器4、控制器5、以及风机基础7，风力发电机组1、光伏发电装置2和储能装置3分别与整流器4的电能输入端A1电连接，整流器4的控制端A2、风力发电机组1、光伏发电装置2和储能装置3分别与控制器5电连接，整流器4的电能输入端A1和控制器5分别与电网6电连接，风力发电机组1设置于风机基础7，风机基础7的钢结构作为保护阴极B1，与整流器4的负极输出端A3电连接，风机基础7的接地体作为辅助阳极B2，与整流器4的正极输出端A4电连接。
[0039] 控制器5控制风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出至整流器4的电能，控制器5控制整流器4为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0040] 具体地，参考图1，风力发电机组1可将海上风能转换为电能，光伏发电装置2可将海上
太阳能转换为电能，储能装置3可将风力发电机组1和光伏发电装置2输出的电能进行存储，整流器4可将风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出至整流器4的电能进行转换，风机基础7可用于固定风力发电机组1，风机基础7包括与风力发电机组1连接的钢结构，以及连接海床面与钢结构的接地体，控制器5可以对风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6的输出功率和整流器4的电能转换效率进行调节，以控制风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出电能至整流器4，并控制整流器4进行电能转换，输出转换后的电能为作为保护阴极B1的钢结构和作为辅助阳极B2的接地体供电。
[0041] 由于风机基础7的钢结构常年浸泡在海水中，钢结构(由
铁和
碳构成)与海水、以及海水中的
氧气会形成无数个微小的
原电池，发生电化学反应，铁成分作为原电池的负极失
电子，碳成分作为原电池的正极得电子形成氢氧根，铁成分失电子后与海水、以及海水中的氧气形成铁锈而溶解在海水中，这样钢结构就会腐蚀掉。
[0042] 该海上风力发电系统能够有效防止深远海域海的风机基础7的钢结构被腐蚀，示例性地，参考图1，该海上风力发电系统的工作原理为：通过控制器5控制风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出电能，并通过控制器5控制整流器4将风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出的电能转换为保护阴极B1和辅助阳极B2保护风机基础7的钢结构不被腐蚀所需的电能，这样可以通过外加直流电源的方式，使风机基础7的保护阴极B1和辅助阳极B2周围发生电子转移，阴离子向辅助阳极B2移动，在辅助阳极B2失去电子被氧化，阳离子向保护阴极B1移动，保护阴极B1得到电子被还原，从而保护风机基础7的钢结构不被腐蚀。
[0043] 本发明实施例提供的海上风力发电系统，通过控制器控制风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网向整流器输出电能，并控制整流器将输入的电能转换为满足防止风机基础的钢结构腐蚀所需的电能，以为风机基础的保护阴极和辅助阳极供电，解决了现有技术缺乏长期有效且经济性好的深远海域海上风机基础的保护方案的问题，能够有效防止风机基础的钢结构被腐蚀，保证了海上风力发电系统的安全稳定运行。并且，本实施例将风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网联合为保护阴极和辅助阳极供电的方案，相对于传统海上风力发电系统需要定期更换牺牲阳极的防腐蚀方案，更加适应于深远海域的海上风力发电系统，易于实施和维护，能够适用于海上风力发电系统的整个寿命周期，而且，即使在深远海域，海上风力发电系统也可以从电网倒送电以解决应急用电的问题。
[0044] 图2是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的结构示意图。如图1和2所示，风机基础7浸泡于海水中的钢结构71可作为保护阴极B1，接地体72可作为辅助阳极B2。可选地，在上述技术方案的基础上，参考图1和2，控制器5可以用于在风力发电机组1(图2仅示出了风力发电机组1的部分结构)和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量时，控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余电量至电网6和储能装置3；在风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量时，控制储能装置3或电网6输出电能至整流器4。
[0045] 示例性地，当风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2防止钢结构71腐蚀的用电量时，控制器5可以仅控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出电能至整流器4，通过整流器4将输入的电能进行转换，为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，并通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出除防止钢结构71腐蚀的用电量之外的剩余发电量至电网6和储能装置3，这样能够将剩余的发电量用于为电网6供电和存储，使该海上风力发电系统在为电网6供电的同时也能够为自身钢结构71的防腐蚀进行供电；当风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2防止钢结构71腐蚀的用电量时，可以通过控制器5控制储能装置3或电网6输出电能至整流器4，这样能够在海上风力不足或光照不足而导致风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量低的情况下，通过储能装置3或电网6为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，以免影响海上风力发电系统的防腐蚀性能。
[0046] 可选地，在上述技术方案的基础上，参考图1和2，控制器5还可以用于在整流器4或控制器5与电网6断开连接时，若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余电量至储能装置3；若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则控制储能装置3输出电能至整流器4。
[0047] 示例性地，若海上风力发电系统或电网6发生故障，导致海上风力发电系统与电网6断开连接，此时若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，可以通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出电能至整流器4，通过整流器4将输入的电能进行转换，为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，并通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余发电量至储能装置3进行存储；若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则可以通过控制器
5仅控制储能装置3输出电能至整流器4，通过储能装置为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0048] 可选地，在上述技术方案的基础上，继续参考图1和2，控制器5还可以用于在储能装置3的储能电池充满电时，控制风力发电机组1和光伏发电装置2减小输出功率。
[0049] 示例性地，在海上风力发电系统与电网6因故障断开连接的情况下，由于不再需要向电网6供电，若储能装置3的储能电池已充满电，则可以通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2减小输出功率，使风力发电机组1和光伏发电装置2的输出功率满足保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量即可，以免造成
能源浪费。
[0050] 如图1-2所示，可选地，在上述技术方案的基础上，风机基础7包括工作平台73，风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和控制器5均设置于工作平台73。具体地，风机基础7远离海平面上方的部分可以包括工作平台73，风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和控制器5均可设置于工作平台73上，既能防水又便于工作人员的操作与维护。
[0051] 继续参考图1-2，可选地，在上述技术方案的基础上，光伏发电装置2包括光伏组件21和支架22，光伏组件21通过支架22与工作平台73连接；储能装置3包括储能电池，储能电池设置于风力发电机组1的塔筒11内；整流器4设置于风机基础7的钢结构71或风力发电机组1的塔筒11内；控制器5设置于风力发电机组1的塔筒11内。
[0052] 具体地，光伏组件21可用于光伏发电，支架22用于连接光伏组件21和工作平台73；储能装置3的储能电池设置于风力发电机组1的塔筒11内，以便存储点电能并防止海水浸泡；整流器4(图2中未示出)可以结合实际应用需求，设置在风机基础7的钢结构71或风力发电机组1的塔筒11内等便于控制的位置；控制器5设置于风力发电机组1的塔筒11内，以便对风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3、整流器4和电网6(图2中未示出)进行控制并防止海水浸泡。
[0053] 本发明实施例还提供了一种海上风力发电系统的控制方法，该控制方法可用于控制本发明实施例所提供的海上风力发电系统。图3是本发明实施例提供的一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图。如图1和图3所示，该海上风力发电系统包括：风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3、整流器4、控制器5，以及风机基础7，风力发电机组1、光伏发电装置2和储能装置3分别与整流器4的电能输入端A1电连接，整流器4的控制端A2、风力发电机组1、光伏发电装置2、和储能装置3和整流器4分别与控制器5电连接，整流器4的电能输入端A1和控制器5分别与电网6电连接，风力发电机组1设置于风机基础7，风机基础7的钢结构71作为保护阴极B1，与整流器4的负极输出端A3电连接，风机基础7的接地体72作为辅助阳极B2，与整流器4的正极输出端A4电连接；
[0054] 该海上风力发电系统的控制方法包括：
[0055] 步骤S110、控制器5控制风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出至整流器4的电能。
[0056] 具体地，参考图1和3，可以通过控制器5对风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6的输出功率和整流器4的电能转换效率进行调节，以控制风力发电机组1、光伏发电装置2、储能装置3和电网6输出电能至整流器4。
[0057] 步骤S120、控制器5控制整流器4为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0058] 具体地，参考图1和3，可以通过控制器5控制整流器4进行电能转换，输出转换后的电能为作为保护阴极B1的钢结构和作为辅助阳极B2的接地体供电。
[0059] 本发明实施例提供的海上风力发电系统的控制方法，通过控制器控制风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网向整流器输出电能，并控制整流器将输入的电能转换为满足防止风机基础的钢结构腐蚀所需的电能，以为风机基础的保护阴极和辅助阳极供电，解决了现有技术缺乏长期有效且经济性好的深远海域海上风机基础的保护方案的问题，能够有效防止风机基础的钢结构被腐蚀，保证了海上风力发电系统的安全稳定运行。并且，本实施例将风力发电机组、光伏发电装置、储能装置和电网联合为保护阴极和辅助阳极供电的方案，相对于传统海上风力发电系统需要定期更换牺牲阳极的防腐蚀方案，更加适应于深远海域的海上风力发电系统，易于实施和维护，能够适用于海上风力发电系统的整个寿命周期，而且，即使在深远海域，海上风力发电系统也可以从电网倒送电以解决应急用电的问题。
[0060] 图4是本发明实施例提供的另一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图。可选地，参考图1-2和4，在上述技术方案的基础上，该海上风力发电系统的控制方法具体包括：
[0061] 步骤S210、控制器5在风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量时，控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余电量至电网6和储能装置3。
[0062] 示例性地，参考图1-2，当风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2防止钢结构71腐蚀的用电量时，控制器5可以仅控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出电能至整流器4，通过整流器4将输入的电能进行转换，为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，并通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出除防止钢结构71腐蚀的用电量之外的剩余发电量至电网6和储能装置3，这样能够将剩余的发电量用于为电网6供电和存储，使该海上风力发电系统在为电网6供电的同时也能够为自身钢结构71的防腐蚀进行供电。
[0063] 步骤S220、控制器5在风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量时，控制储能装置3或电网6输出电能至整流器4。
[0064] 示例性地，参考图1-2，当风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2防止钢结构71腐蚀的用电量时，可以通过控制器5控制储能装置3或电网6输出电能至整流器4，这样能够在海上风力不足或光照不足而导致风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量低的情况下，通过储能装置3或电网6为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，以免影响海上风力发电系统的防腐蚀性能。
[0065] 需要说明的是，本发明实施例对步骤S210和步骤S220的执行顺序并不加以限定，可以结合风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量与保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量之间的数量大小关系确定执行步骤S210或步骤S220。
[0066] 步骤S230、控制器5控制整流器4为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0067] 图5是本发明实施例提供的另一种海上风力发电系统的控制方法的流程示意图。可选地，参考图1-2和5，在上述技术方案的基础上，该海上风力发电系统的控制方法具体包括：
[0068] 步骤S310、控制器5在整流器4或控制器5与电网6断开连接时，若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余电量至储能装置3。
[0069] 示例性地，若海上风力发电系统或电网6发生故障，导致海上风力发电系统与电网6断开连接，此时若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量大于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，可以通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出电能至整流器4，通过整流器4将输入的电能进行转换，为保护阴极B1和辅助阳极B2供电，并通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2输出剩余发电量至储能装置3进行存储。
[0070] 步骤S320、控制器5在整流器4或控制器5与电网6断开连接时，若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则控制储能装置3输出电能至整流器4。
[0071] 示例性地，若风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量小于保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量，则可以通过控制器5仅控制储能装置3输出电能至整流器4，通过储能装置为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0072] 步骤S330、控制器5在整流器4或控制器5与电网6断开连接时，若储能装置3的储能电池充满电，则控制风力发电机组1和光伏发电装置2减小输出功率。
[0073] 示例性地，在海上风力发电系统与电网6因故障断开连接的情况下，由于不再需要向电网6供电，若储能装置3的储能电池已充满电，则可以通过控制器5控制风力发电机组1和光伏发电装置2减小输出功率，使风力发电机组1和光伏发电装置2的输出功率满足保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量即可，以免造成能源浪费。
[0074] 需要说明的是，本发明实施例对步骤S310-步骤S330的执行顺序并不加以限定，可以结合风力发电机组1和光伏发电装置2的发电量与保护阴极B1和辅助阳极B2的用电量之间的数量大小关系，以及储能电池的电量情况，确定执行步骤S310、步骤S320或步骤S330。
[0075] 步骤S340、控制器5控制整流器4为保护阴极B1和辅助阳极B2供电。
[0076] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的
权利要求范围决定。
