船舶风光储波浪能综合利用发电装置
阅读：162发布：2022-06-25
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1.一种船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，包括：船舶光伏发电系统、船舶风力发电系统、船舶波浪能发电系统、船舶锂电池储能系统、直流并网系统、逆变系统和交流并网系统；
所述船舶光伏发电系统、所述船舶风力发电系统、所述船舶波浪能发电系统和所述船舶锂电池储能系统均并联连接到所述直流并网系统的输入端，所述直流并网系统的输出端通过所述逆变系统与所述交流并网系统连接；
其中，所述船舶光伏发电系统包括船舶光伏发电系统本体以及与所述船舶光伏发电系统本体的输出端连接的可控DC/DC并网型光伏变换器；
所述船舶风力发电系统包括船舶风力发电系统本体以及与所述船舶风力发电系统本体的输出端连接的第1可控AC/DC并网型整流器；
所述船舶波浪能发电系统包括船舶波浪能发电系统本体以及与所述船舶波浪能发电系统本体的输出端连接的第2可控AC/DC并网型整流器；
所述船舶锂电池储能系统包括锂电池储能系统以及与所述锂电池储能系统的输出端连接的双向可控DC/DC并网型储能器件；
所述可控DC/DC并网型光伏变换器、所述第1可控AC/DC并网型整流器、所述第2可控AC/DC并网型整流器和所述双向可控DC/DC并网型储能器件并联连接到所述直流并网系统的直流母线排；
其中，所述船舶波浪能发电系统本体包括振荡浮子单元(31)、直线发电机(32)以及自适应杠杆机构(33)；
其中，所述振荡浮子单元(31)包括筒形振荡浮子(31.1)以及浮子连杆(31.2)；所述筒形振荡浮子(31.1)伸出船舷外部且漂浮在海平面上；所述浮子连杆(31.2)的底端与所述筒形振荡浮子(31.1)的顶端固定连接；
所述直线发电机(32)包括：动子(32.1)、永久磁铁(32.2)、导向杆(32.3)、复位弹簧(32.4)、固定罩(32.5)、动子连杆(32.6)和定子(32.7)；
所述动子(32.1)固定N极和S极交替的所述永久磁铁(32.2)，所述动子(32.1)的上端固定所述导向杆(32.3)，通过所述导向杆(32.3)，限制所述动子(32.1)只能进行上下方向运动；所述导向杆(32.3)的顶端通过所述复位弹簧(32.4)固定在所述固定罩(32.5)的内壁；
所述动子(32.1)的外部套设安装所述定子(32.7)；所述动子(32.1)的下端固定安装所述动子连杆(32.6)；振荡浮子随波浪的起伏运动，经杠杆机构作用在动子连杆上，从而使动子上下往复运动，动子上的永久磁铁切割定子绕组，直线发电机便产生了三相交流电；
所述自适应杠杆机构(33)包括：杠杆(33.1)、杠杆支点支架(33.2)、丝杆(33.3)、滑块(33.4)、电动机(33.5)、AC/AC变频器(33.6)、上死点磁脉冲位置感应开关(33.7)、下死点磁脉冲位置感应开关(33.8)和检测运动幅度磁脉冲位置感应开关(33.9)；
所述杠杆(33.1)的一端与所述浮子连杆(31.2)的顶端固定连接；所述杠杆(33.1)的另一端与所述动子连杆(32.6)的底端铰接；
所述电动机(33.5)的输出端与所述丝杆(33.3)联动，用于驱动所述丝杆(33.3)转动；
所述滑块(33.4)与所述丝杆(33.3)螺纹连接，当所述丝杆(33.3)转动时，所述滑块(33.4)进行左右移动；
所述杠杆支点支架(33.2)的一端固定在所述滑块(33.4)上，所述杠杆支点支架(33.2)的另一端套设于所述杠杆(33.1)上，所述杠杆支点支架(33.2)和所述杠杆(33.1)的相交位置为杠杆支点(33.10)；当所述滑块(33.4)左右移动时，带动所述杠杆支点支架(33.2)同时左右移动，进而改变杠杆支点(33.10)的位置；改变了振荡浮子、直线发电机动子与杠杆支点的相对距离，从而改变了振荡浮子对直线发电机动子的作用强度和幅度；
另外，所述上死点磁脉冲位置感应开关(33.7)、所述下死点磁脉冲位置感应开关(33.8)和所述检测运动幅度磁脉冲位置感应开关(33.9)的输出端均连接到所述AC/AC变频器(33.6)的输入端；所述AC/AC变频器(33.6)的输出端与所述电动机(33.5)的输入端连接，可控制所述电动机(33.5)的转动方向；
具体的，导向杆外面布置磁脉冲位置感应开关，该上死点磁脉冲位置感应开关安装在导向杆上行程终点的固定罩里，检测动子上止点；动子连杆外面也布置磁脉冲位置感应开关，该下死点磁脉冲位置感应开关安装在连杆下行程终点处机架上，检测动子下止点；正常工作范围内，动子运动不会超过上下止点位置；导向杆上面有弹簧安装在固定罩里，防止导向杆直接撞击固定罩，同时导向杆撞击该弹簧时还能产生回复作用力；
自适应杠杆机构可调支点的位置应保证直线发电机动子行程在上下止点范围内工作，如果动子到达上下止点位置时，磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器，则AC/AC变频器驱动伺服电机正转或反转，从而改变支点位置；当动子向上运动超过上下止点时，上下死点磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器使伺服电机正转，同时伺服电机带动丝杠同步顺时针转动，滑块带动杠杆支点向右移动，从而减小动子的上下运动幅度，直到上下死点磁脉冲位置感应开关感受不到动子为止，此刻AC/AC变频器使伺服电机停转，保证动子运动在上下死点范围内；
如果动子运动幅度较小，检测运动幅度的磁脉冲位置感应开关没有感受到动子时，则运动幅度检测磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器，使伺服电机逆时针，伺服电机带动丝杠同步逆时针转动，滑块带动杠杆支点向左移动，增大动子的上下运动幅度，直到运动幅度检测磁脉冲位置感应开关感受到动子为止，再一次触发AC/AC变频器使伺服电机停转；
补偿与优化：风平浪静的情况下，自适应杠杆机构为水平状态，此时的直线发电机动子恰好处在中位；落潮或涨潮时，船舶带着波浪能发电系统随着落潮或涨潮变化，对波浪能发电系统没有影响；但船舶装载量变化影响波浪能发电系统工作，当船舶空载或载货量少的情况下，船舶吃水浅而干舷高，此时需要加长浮子连杆；当船舶满载或载货量多的情况下，船舶吃水深而干舷低，此时需要缩短浮子连杆长度；浮子连杆长度以保证筒形振荡浮子的三分之二浸没入海水中；
单个波浪能发电系统主要由波浪转换机构、直线发电机及其连杆组成；其中，波浪转换机构包括振荡浮子、浮子连杆和杠杆；安装在船舷边；振荡浮子为筒形且伸出舷外漂浮在海面上，浮子连杆长度可调，用于调整浮子浸水深度；杠杆支点可调，用于改变振荡浮子对直线发电机动子的作用强度和幅度；
上述波浪能发电系统的工作原理为：
筒形振荡浮子漂浮在海平面上，水下部分占三分之二，在波浪作用下振荡浮子的垂荡、纵荡、纵摇运动将吸收的波浪能转换为杠杆的上下往复运动，杠杆驱动直线发电机的动子做往复运动，往复运动的动子上永久磁铁切割直线发电机定子而发电，实现波浪能向机械能转化，机械能再向电能的转化；
波浪能发电系统模块在船舶停泊期间投入使用，根据船舶干舷高度，通过改变振荡浮子连杆长度调整筒形振荡浮子浸入海水的深度；通过改变杠杆支点调整波浪强度作用动子运动幅度在直线发电机允许的工作范围内；直线发电机输出的交流电经AC/DC整流模块转换为直流电并网到直流母线排。
2.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述逆变系统为串联的并网型DC/AC逆变器、升压变压器、有源滤波器、动态无功补偿电路以及出口自动空气断路器。
3.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述交流并网系统包括交流母线排以及多个船舶电站母线排联络开关；所述交流母线排并联各个所述船舶电站母线排联络开关，每个所述船舶电站母线排联络开关安装于向船舶用电设备供电的供电线路。
4.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述船舶光伏发电系统本体包括：可卷曲光伏电池薄膜(1)和可伸缩支架(2)；所述可卷曲光伏电池薄膜(1)通过所述可伸缩支架(2)固定在船舶甲板上；
其中，所述可卷曲光伏电池薄膜(1)包括可卷曲薄膜太阳电池板、基板和帆布；所述可卷曲薄膜太阳电池板的底部与所述基板的顶面固定连接；所述基板的底面固定在所述帆布上；
所述可伸缩支架(2)包括四个支架桩腿(3)；各个所述支架桩腿(3)分别布置在所述可卷曲光伏电池薄膜(1)的四角位置，通过四个支架桩腿(3)，支撑所述可卷曲光伏电池薄膜(1)；
其中，每个所述支架桩腿(3)均包括：固定基座(3.1)、外套管(3.2)、内立柱(3.3)、电动机转子(3.4)、电动机定子(3.5)和三相绕组电源；
所述内立柱(3.3)通过螺纹连接方式设置在所述外套管(3.2)的内腔，所述外套管(3.2)的底部固定安装所述电动机转子(3.4)，在所述电动机转子(3.4)的外部包围设置所述电动机定子(3.5)；所述电动机转子(3.4)可转动安装在所述固定基座(3.1)的顶面，所述固定基座(3.1)的底面固定在船舶甲板上；另外，所述三相绕组电源与所述电动机定子(3.5)电连接。
5.根据权利要求4所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述内立柱(3.3)设置有外螺纹；所述外套管(3.2)的内部腔体设置有内螺纹；所述外螺纹和所述内螺纹啮合；
所述电动机转子(3.4)为鼠笼导条，所述鼠笼导条的形状与所述外套管(3.2)的形状相同，固定在所述外套管(3.2)的底部；
所述电动机定子(3.5)为三相感性异步电动机定子；
还包括保护外罩(3.7)；所述保护外罩(3.7)套在所述外套管(3.2)和所述内立柱(3.3)的外部，并且，所述保护外罩(3.7)的顶部与所述内立柱(3.3)的顶部固定，可随所述内立柱(3.3)的升降动作进行同步升降；
还包括：控制器、光强传感器和风力风向传感器；所述控制器分别与所述光强传感器、所述风力风向传感器以及各个支架桩腿(3)的三相绕组电源连接。
6.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述船舶风力发电系统本体包括：固定基座(11)、旋转立柱(12)、永磁发电机(13)和风力涡轮机(14)；
其中，所述旋转立柱(12)可转动安装于所述固定基座(11)上；所述旋转立柱(12)的顶面与所述风力涡轮机(14)的底面固定连接；
所述永磁发电机(13)包括永磁发电机转子(13.1)、永久磁铁、永磁发电机定子(13.2)和三相交流电输出接口(13.3)；所述永磁发电机转子(13.1)固定在所述旋转立柱(12)的侧面；在所述永磁发电机转子(13.1)上固定安装N极S极交替的所述永久磁铁；在所述永磁发电机转子(13.1)的外部包围设置所述永磁发电机定子(13.2)，并且，所述永磁发电机定子(13.2)固定在所述固定基座(11)上，在所述永磁发电机定子(13.2)的内部嵌入三相绕组；
所述永磁发电机转子(13.1)转动时，带动所述永久磁铁同步转动，进而切割所述永磁发电机定子(13.2)产生的磁场，通过所述三相交流电输出接口(13.3)，输出三相交流电。
7.根据权利要求6所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，还包括：
摆线推进器(16)和伸缩导管(17)；
所述旋转立柱(12)的底端穿过所述固定基座(11)而延伸到所述固定基座(11)的下方；
在位于所述固定基座(11)下方的一段所述旋转立柱(12)的外面，套设所述伸缩导管(17)，并且，所述伸缩导管(17)的顶面与所述固定基座(11)的底面固定连接；
所述旋转立柱(12)的底端通过滑键可上下滑动安装所述摆线推进器(16)，并且，当所述摆线推进器(16)向上滑动至全部进入所述伸缩导管(17)时，所述摆线推进器(16)与所述旋转立柱(12)脱开；当所述摆线推进器(16)向下滑动至全部位于所述伸缩导管(17)外面时，所述摆线推进器(16)与所述旋转立柱(12)扣合固定。
8.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述船舶锂电池储能系统包括：岸电(21)、隔离变压器(22)、可控整流AC/DC单元(23)、锂电池储能单元(24)、并网型可控双向DC/DC单元(25)以及电池管理单元；
所述岸电(21)经所述隔离变压器(22)后，连接到所述可控整流AC/DC单元(23)的一端；
所述可控整流AC/DC单元(23)的另一端连接到所述锂电池储能单元(24)的一端，所述锂电池储能单元(24)的另一端通过所述并网型可控双向DC/DC单元(25)连接到船舶供电的直流母线排(26)；
所述电池管理单元包括：直流母线电能检测设备和控制电路板；所述直流母线电能检测设备的输入端与所述直流母线排(26)连接，所述直流母线电能检测设备的输出端连接到所述控制电路板的输入端，所述控制电路板的第一输出端连接到所述并网型可控双向DC/DC单元(25)的充放电控制接口；所述控制电路板的第二输出端连接到所述锂电池储能单元(24)的均衡调节控制接口。
9.根据权利要求1所述的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，其特征在于，所述筒形振荡浮子(31.1)的外壳为不锈钢水密保护外壳，在所述不锈钢水密保护外壳的内部填充不透水的橡胶；所述筒形振荡浮子(31.1)的总体质量等于直线发电机动子质量，所述筒形振荡浮子(31.1)的浮力为直线发电机动子重量的一倍。
船舶风光储波浪能综合利用发电装置
技术领域
[0001] 本发明属于发电技术领域，具体涉及一种船舶风光储波浪能综合利用发电装置。
背景技术
[0002] 因世界经济增长缓慢和航运业运量过剩矛盾的双重影响，船舶营运面临着前所未有的持续低迷。高昂的燃油成本、日渐走低的投资回报率、船舶运力过剩、日渐严格的环保法规，国际海事组织(IMO)的能效指数(EEOI)限制等等，均对船舶营运带来了诸多挑战。目前，全球船舶每年消耗的燃油约5亿吨，国际海事组织(IMO)估计，如果不采用新的节能技术，到2020年，船舶能耗将上升38％—72％，每年排放CO2达16亿吨，NOx3000万吨，占全球排放量的4％。船舶营运的背景是全球变暖的气候变化趋势、国际公约法规推动的低碳经济，油价及IMO规范催生新的节能技术、行业竞争和成本控制。因此，船舶节省燃油已成为航运界降本增效、节能减排、提高竞争力的重要手段。
[0003] 另一方面，石化能源的限制，全球气候变暖，控制温室气体排放、保护大气环境已引起全球的普遍关注，为促进低碳经济的发展，节能减排已成为国际社会的共同责任、高度关注的重点领域之一和基本国策。船舶运输是石油消费的重点行业，也是温室效应气体(GHG)和大气污染排放的重要来源之一，与绿色船舶技术相关的国际规范公约等强制性文件的出现，促进船舶节省燃油是缓解能源环境压力的必然选择之一。环保型船舶动力装置的研究力度日益加大，进展引人瞩目，可见，研制一种船舶的绿色能源利用设备，减少船舶柴油发电机的油耗，是实现可持续发展的必然需求。现有技术中，尚未出现有效的解决方案。
发明内容
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 所述船舶光伏发电系统、所述船舶风力发电系统、所述船舶波浪能发电系统和所述船舶锂电池储能系统均并联连接到所述直流并网系统的输入端，所述直流并网系统的输出端通过所述逆变系统与所述交流并网系统连接。
[0008] 优选的，所述船舶光伏发电系统包括船舶光伏发电系统本体以及与所述船舶光伏发电系统本体的输出端连接的可控DC/DC并网型光伏变换器；
[0009] 所述船舶风力发电系统包括船舶风力发电系统本体以及与所述船舶风力发电系统本体的输出端连接的第1可控AC/DC并网型整流器；
[0010] 所述船舶波浪能发电系统包括船舶波浪能发电系统本体以及与所述船舶波浪能发电系统本体的输出端连接的第2可控AC/DC并网型整流器；
[0011] 所述船舶锂电池储能系统包括锂电池储能系统以及与所述锂电池储能系统的输出端连接的双向可控DC/DC并网型储能器件；
[0012] 所述可控DC/DC并网型光伏变换器、所述第1可控AC/DC并网型整流器、所述第2可控AC/DC并网型整流器和所述双向可控DC/DC并网型储能器件并联连接到所述直流并网系统的直流母线排。
[0014] 优选的，所述交流并网系统包括交流母线排以及多个船舶电站母线排联络开关；所述交流母线排并联各个所述船舶电站母线排联络开关，每个所述船舶电站母线排联络开关安装于向船舶用电设备供电的供电线路。
[0016] 其中，所述可卷曲光伏电池薄膜(1)包括可卷曲薄膜太阳电池板、基板和帆布；所述可卷曲薄膜太阳电池板的底部与所述基板的顶面固定连接；所述基板的底面固定在所述帆布上；
[0019] 所述内立柱(3.3)通过螺纹连接方式设置在所述外套管(3.2)的内腔，所述外套管(3.2)的底部固定安装所述电动机转子(3.4)，在所述电动机转子(3.4)的外部包围设置所述电动机定子(3.5)；所述电动机转子(3.4)可转动安装在所述固定基座(3.1)的顶面，所述固定基座(3.1)的底面固定在船舶甲板上；另外，所述三相绕组电源与所述电动机定子(3.5)电连接。
[0021] 所述电动机转子(3.4)为鼠笼导条，所述鼠笼导条的形状与所述外套管(3.2)的形状相同，固定在所述外套管(3.2)的底部；
[0022] 所述电动机定子(3.5)为三相感性异步电动机定子；
[0023] 还包括保护外罩(3.7)；所述保护外罩(3.7)套在所述外套管(3.2)和所述内立柱(3.3)的外部，并且，所述保护外罩(3.7)的顶部与所述内立柱(3.3)的顶部固定，可随所述内立柱(3.3)的升降动作进行同步升降；
[0026] 其中，所述旋转立柱(12)可转动安装于所述固定基座(11)上；所述旋转立柱(12)的顶面与所述风力涡轮机(14)的底面固定连接；
[0027] 所述永磁发电机(13)包括永磁发电机转子(13.1)、永久磁铁、永磁发电机定子(13.2)和三相交流电输出接口(13.3)；所述永磁发电机转子(13.1)固定在所述旋转立柱(12)的侧面；在所述永磁发电机转子(13.1)上固定安装N极S极交替的所述永久磁铁；在所述永磁发电机转子(13.1)的外部包围设置所述永磁发电机定子(13.2)，并且，所述永磁发电机定子(13.2)固定在所述固定基座(11)上，在所述永磁发电机定子(13.2)的内部嵌入三相绕组；所述永磁发电机转子(13.1)转动时，带动所述永久磁铁同步转动，进而切割所述永磁发电机定子(13.2)产生的磁场，通过所述三相交流电输出接口(13.3)，输出三相交流电。
[0029] 所述旋转立柱(12)的底端穿过所述固定基座(11)而延伸到所述固定基座(11)的下方；在位于所述固定基座(11)下方的一段所述旋转立柱(12)的外面，套设所述伸缩导管(17)，并且，所述伸缩导管(17)的顶面与所述固定基座(11)的底面固定连接；
[0030] 所述旋转立柱(12)的底端通过滑键可上下滑动安装所述摆线推进器(16)，并且，当所述摆线推进器(16)向上滑动至全部进入所述伸缩导管(17)时，所述摆线推进器(16)与所述旋转立柱(12)脱开；当所述摆线推进器(16)向下滑动至全部位于所述伸缩导管(17)外面时，所述摆线推进器(16)与所述旋转立柱(12)扣合固定。
[0031] 优选的，所述船舶锂电池储能系统包括：岸电(21)、隔离变压器(22)、可控整流AC/DC单元(23)、锂电池储能单元(24)、并网型可控双向DC/DC单元(25)以及电池管理单元；
[0032] 所述岸电(21)经所述隔离变压器(22)后，连接到所述可控整流AC/DC单元(23)的一端；所述可控整流AC/DC单元(23)的另一端连接到所述锂电池储能单元(24)的一端，所述锂电池储能单元(24)的另一端通过所述并网型可控双向DC/DC单元(25)连接到船舶供电的直流母线排(26)；
[0033] 所述电池管理单元包括：直流母线电能检测设备和控制电路板；所述直流母线电能检测设备的输入端与所述直流母线排(26)连接，所述直流母线电能检测设备的输出端连接到所述控制电路板的输入端，所述控制电路板的第一输出端连接到所述并网型可控双向DC/DC单元(25)的充放电控制接口；所述控制电路板的第二输出端连接到所述锂电池储能单元(24)的均衡调节控制接口。
[0034] 优选的，所述船舶波浪能发电系统本体包括振荡浮子单元(31)、直线发电机(32)以及自适应杠杆机构(33)；
[0035] 其中，所述振荡浮子单元(31)包括筒形振荡浮子(31.1)以及浮子连杆(31.2)；所述筒形振荡浮子(31.1)伸出船舷外部且漂浮在海平面上；所述浮子连杆(31.2)的底端与所述筒形振荡浮子(31.1)的顶端固定连接；
[0036] 所述直线发电机(32)包括：动子(32.1)、永久磁铁(32.2)、导向杆(32.3)、复位弹簧(32.4)、固定罩(32.5)、动子连杆(32.6)和定子(32.7)；
[0037] 所述动子(32.1)固定N极和S极交替的所述永久磁铁(32.2)，所述动子(32.1)的上端固定所述导向杆(32.3)，通过所述导向杆(32.3)，限制所述动子(32.1)只能进行上下方向运动；所述导向杆(32.3)的顶端通过所述复位弹簧(32.4)固定在所述固定罩(32.5)的内壁；所述动子(32.1)的外部套设安装所述定子(32.7)；所述动子(32.1)的下端固定安装所述动子连杆(32.6)；
[0038] 所述自适应杠杆机构(33)包括：杠杆(33.1)、杠杆支点支架(33.2)、丝杆(33.3)、滑块(33.4)、电动机(33.5)、AC/AC变频器(33.6)、上死点磁脉冲位置感应开关(33.7)、下死点磁脉冲位置感应开关(33.8)和检测运动幅度磁脉冲位置感应开关(33.9)；
[0039] 所述杠杆(33.1)的一端与所述浮子连杆(31.2)的顶端固定连接；所述杠杆(33.1)的另一端与所述动子连杆(32.6)的底端铰接；
[0040] 所述电动机(33.5)的输出端与所述丝杆(33.3)联动，用于驱动所述丝杆(33.3)转动；所述滑块(33.4)与所述丝杆(33.3)螺纹连接，当所述丝杆(33.3)转动时，所述滑块(33.4)进行左右移动；
[0041] 所述杠杆支点支架(33.2)的一端固定在所述滑块(33.4)上，所述杠杆支点支架(33.2)的另一端套设于所述杠杆(33.1)上，所述杠杆支点支架(33.2)和所述杠杆(33.1)的相交位置为杠杆支点(33.10)；当所述滑块(33.4)左右移动时，带动所述杠杆支点支架(33.2)同时左右移动，进而改变杠杆支点(33.10)的位置；
[0042] 另外，所述上死点磁脉冲位置感应开关(33.7)、所述下死点磁脉冲位置感应开关(33.8)和所述检测运动幅度磁脉冲位置感应开关(33.9)的输出端均连接到所述AC/AC变频器(33.6)的输入端；所述AC/AC变频器(33.6)的输出端与所述电动机(33.5)的输入端连接，可控制所述电动机(33.5)的转动方向。
[0043] 优选的，所述筒形振荡浮子(31.1)的外壳为不锈钢水密保护外壳，在所述不锈钢水密保护外壳的内部填充不透水的橡胶；所述筒形振荡浮子(31.1)的总体质量等于直线发电机动子质量，所述筒形振荡浮子(31.1)的浮力为直线发电机动子重量的一倍。
[0044] 本发明提供的船舶风光储波浪能综合利用发电装置具有以下优点：
[0046] (2)船舶光伏发电系统，采用风帆型式的可卷曲太阳能薄膜，并且，可卷曲太阳能薄膜通过可伸缩支架支撑，可根据需要展开或收起。白天，通过对可伸缩支架的高度控制，使太阳能薄膜自动跟踪太阳光最强方向且调整在风阻力最小位置，提高太阳光发电效率。晚上，太阳能薄膜竖起作为风帆使用，且自动调整位置吸收风能，利用风帆为船舶提供辅助推力，从而全面提高了太阳能发电设备的利用率。
[0047] (3)船舶风力发电系统中，风力涡轮机直接驱动风力发电机，最大限度捕捉风能，为船舶提供电力，具有供电效率高的优点。风力涡轮机底部驱动摆线推进器旋转，直接向船舶产生推进动力，吸收较大的风力能量，保持风力发电机工作稳定，为船舶提供电力同时还能直接产生推力，进一步提高了风能利用效率。
[0048] (4)船舶波浪能发电系统，在波浪随机变化情况下，波浪能发电系统模块自动调节杠杆机构的支点，保证直线发电机动子工作在允许范围内且满行程，解决波浪能发电过程不均匀、能量输出不稳定的问题，提高发电效率。附图说明
[0049] 图1为本发明提供的船舶风光储波浪能综合利用发电装置的整体原理示意图；
[0050] 图2为本发明提供的船舶风光储波浪能综合利用发电装置的侧面安装布置图；
[0051] 其中，40-船舶甲板，50-船舶主机，60-船舶上层建筑，70-波浪，80-主推进螺旋桨，90-舱盖；
[0052] 图3为本发明提供的船舶风光储波浪能综合利用发电装置的俯视布置图；
[0053] 图4为本发明提供的船舶光伏发电系统的一种状态的结构示意图；
[0054] 图5为本发明提供的船舶光伏发电系统的另一种状态的结构示意图；
[0055] 图6为本发明提供的支架桩腿的结构示意图；
[0056] 图7为图6的横剖面图；
[0057] 图8为本发明实施例一提供的船舶风力发电系统的结构示意图；
[0058] 图9为本发明实施例二提供的船舶风力发电系统的结构示意图；
[0059] 图10为本发明提供的船舶锂电池储能系统的结构示意图；
[0060] 图11为本发明提供的船舶波浪能发电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0061] 以下结合附图对本发明进行详细说明：
[0062] 结合图1、图2和图3所示，分别为本发明提供的船舶风光储波浪能综合利用发电装置的整体原理示意图、侧面安装布置图以及俯视布置图，船舶风光储波浪能综合利用发电装置，包括：船舶光伏发电系统、船舶风力发电系统、船舶波浪能发电系统、船舶锂电池储能系统、直流并网系统、逆变系统和交流并网系统；所述船舶光伏发电系统、所述船舶风力发电系统、所述船舶波浪能发电系统和所述船舶锂电池储能系统均并联连接到所述直流并网系统的输入端，所述直流并网系统的输出端通过所述逆变系统与所述交流并网系统连接。具体的，所述船舶风力发电系统包括船舶风力发电系统本体以及与所述船舶风力发电系统本体的输出端连接的第1可控AC/DC并网型整流器；所述船舶波浪能发电系统包括船舶波浪能发电系统本体以及与所述船舶波浪能发电系统本体的输出端连接的第2可控AC/DC并网型整流器；所述船舶锂电池储能系统包括锂电池储能系统以及与所述锂电池储能系统的输出端连接的双向可控DC/DC并网型储能器件；所述可控DC/DC并网型光伏变换器、所述第1可控AC/DC并网型整流器、所述第2可控AC/DC并网型整流器和所述双向可控DC/DC并网型储能器件并联连接到所述直流并网系统的直流母线排。
[0063] 以下对上述各主要模块分别详细介绍：
[0064] 1、逆变系统
[0065] 逆变系统为串联的并网型DC/AC逆变器、升压变压器、有源滤波器、动态无功补偿电路以及出口自动空气断路器。
[0066] 并网型DC/AC逆变器将120VDC直流电变换为120V60Hz的交流电，经过升压变压器后变换为440V60Hz的船用交流电，该交流电经过有源滤波(APF)和动态无功补偿(SVG)处理进一步提高了电能质量，通过空气断路器ACB1同步并网在船舶电站的母线排上，这样把风光储波浪能发出的电接入船舶电力系统，同时减少船舶柴油发电机组的功率输出，从而达到节油目的。
[0067] 并网型DC/AC逆变器介绍：
[0068] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置配备105kW的逆变一体机，工作方式为连续，接线方式为：三相三线，直流侧电压不小于120-400V，直流电压纹波VPP<4％，额定电网电压：440VAC，允许电网频率59.3Hz～60.5Hz，允许电网电压：440V±10％，电流波形失真率(THD)≤3％，最大逆变效率>96％，功率因数在-0.8～0.8可控。
[0069] 该DC/AC逆变器具有直流过电压保护、过流保护、输入反接保护、短路保护、接地保护(具有故障检测功能)、欠压/过压保护、过载保护、过热保护、过/欠频保护、三相不平衡保护及报警、相位保护以及对地电阻监测和报警功能。
[0070] 该DC/AC逆变器具有有功功率调节能力，并根据上位机指令控制其有功功率输出；为实现有功功率调节功能，应能接收并自动执行上位机发送的有功功率控制信号，根据并网侧电压频率、上位机控制指令自动调节有功输出，确保其最大输出功率及功率变化率不超过给定值。具有一定的耐受系统频率异常的能力，应能够电网频率偏离下运行。具有通讯接口，能够与船舶电站PMS、电能质量监控与管理模块实时通讯通讯。
[0071] 该DC/AC逆变器具有运行模式和工作状态，进入所有模式或状态，操作人员必须能够通过在本地和远程控制操作它们。并网模式下包括充电功能和放电功能，可选择自动模式和手动模式。在自动模式下，如果选择并网充电或放电状态，逆变器将以默认值对蓄电池进行充电或放电。在手动模式下，用户可以通过手动修改充电或放电电流、电压和时间值，使逆变器工作在设定的充电或放电状态。
[0072] 有源滤波(APF)电路：
[0073] 有源滤波通过主动发出反向谐波(所谓有源)来滤波，有源滤波器的工作原理的基础是“抵消补偿”，在电力三相系统内为了消除谐波电流，滤波器通过计算并以完全相反的方向注入相同的谐波，这样可以完全消除谐波。基于同样的工作原理，有源滤波器可以修正功率因数，产生三相正弦形电流波，满足负荷要求。
[0074] 有源电力滤波器利用全控电力电子元件满足对电能质量(功率因数和谐波)要求高的船用设备。APF装置并联在配电系统和船舶设备之间，其主要功能是在船舶风光储波浪能综合利用发电装置供电过程中当负载侧产生谐波和无功电流时，保证船舶风光储波浪能综合利用发电装置侧的电流没有谐波和无功电流，使船舶其他关键敏感设备得以在近似不受干扰的电气环境中正常运行，并且不会污染电网。
[0075] 有源电力滤波器装置采用基于双DSP的主控制器和模块驱动器的分层分布式控制器体系，并采用基于彩色触摸屏的人机界面，具有动态连续平滑补偿、响应速度快、数字化、自动化、智能化，人机界面友好，控制方法灵活等特点。
[0076] 有源滤波APF响应时间＜100μs，完全响应时间＜5ms；内部结构为3H桥设计，散热效果好，运行稳定性高；功率损耗小，满载时≤小于模块总容量的3％；低噪声设计，≤65dB(行业标准65dB)；谐波滤除率＞95％；功率因数＞0.98；灵活的补偿方式，选定的各次谐波补偿可进行幅值设定。
[0077] 动态无功补偿(SVG)电路：
[0078] 根据船舶风光储波浪能综合利用发电装置并网侧电压水平、上位机控制指令等信号自动调节无功输出，其调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数可由上位机远程设定。
[0079] SVG采用可关断电力电子器件组成的自换相桥式电路，通过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值与相位，或者是直接控制其交流侧电流。迅速吸收或发出所需的无功功率，以达到实现快速动态调节无功的目的。其不但可以跟踪冲击型负载的冲击电流，还可以对谐波电流也进行跟踪补偿。包含直流电容和逆变桥两个部分，其中逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成。在工作中，通过调节逆变桥中的IGBT器件开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位，因此，整个SVG相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实事高高率因数运行。
[0080] SVG功率因数调整范围为-0.8～+1；响应时间＜100μs，完全响应时间＜5ms；内部结构为3H桥设计，散热效果好，运行稳定性高；功率损耗小，满载时≤小于模块总容量的3％；低噪声设计，≤65dB(行业标准65dB)。
[0081] 2、交流并网系统
[0082] 交流并网系统包括交流母线排以及多个船舶电站母线排联络开关；所述交流母线排并联各个所述船舶电站母线排联络开关，每个所述船舶电站母线排联络开关安装于向船舶用电设备供电的供电线路。
[0083] 3、船舶光伏发电系统
[0084] 太阳能在船舶上开发利用是实现船舶节能减排和提高竞争力的必然选择之一，也是绿色船舶研究的热点和发展趋势，具有极高的性价比、创新性和实用价值。而天气、海况及船舶航区是影响太阳能发电的决定性因素。传统的太阳能发电技术，太阳能仅白昼发电且受阳光照射强度变化的影响，由此导致传统太阳能发电设备夜间闲置，具有设备利用率低的不足。
[0085] 针对传统的太阳能发电技术中，太阳能仅白昼发电且受阳光照射强度变化的影响，由此导致传统太阳能发电设备夜间闲置，具有设备利用率低的问题，本发明提供船舶光伏发电系统，采用风帆型式的可卷曲太阳能薄膜，并且，可卷曲太阳能薄膜通过可伸缩支架支撑，可根据需要展开或收起。白天，通过对可伸缩支架的高度控制，使太阳能薄膜自动跟踪太阳光最强方向且调整在风阻力最小位置，提高太阳光发电效率。晚上，太阳能薄膜竖起作为风帆使用，且自动调整位置吸收风能，利用风帆为船舶提供辅助推力，从而全面提高了太阳能发电设备的利用率。
[0086] 具体的，本发明提供的船舶光伏发电系统，包括：可卷曲光伏电池薄膜1和可伸缩支架2；可卷曲光伏电池薄膜1通过可伸缩支架2固定在船舶甲板上。因此，通过对可伸缩支架进行高度调节，使太阳能电池板工作于不同工作状态，如图4所示，为在白昼晴天时，太阳能电池板发电状态的示意图；如图5所示，为在夜晚或阴天，太阳能电池板作为风帆状态的示意图。
[0087] 本发明提供的船舶光伏发电系统，根据船长和宽度布置在甲板的不同位置，只要不影响船舶装卸货、不影响船舶稳性和强度、操作维护方便简单、安全可靠即可。
[0088] 以下对可卷曲光伏电池薄膜和可伸缩支架分别详细介绍：
[0089] (一)可卷曲光伏电池薄膜
[0090] 可卷曲光伏电池薄膜1包括可卷曲薄膜太阳电池板、基板和帆布；可卷曲薄膜太阳电池板的底部与基板的顶面固定连接；基板的底面固定在帆布上。其中，基板优选采用塑料。
[0091] 可卷曲光伏电池薄膜布置灵活，其长度可按据实际需要调整，白天平放吸收太阳能，阴天和夜间可以竖立作风帆推进用。
[0092] 本发明提供的可卷曲光伏电池薄膜，具有以下创新：
[0094] (2)可卷曲光伏电池薄膜与基板塑料结合在帆布上，可提高强度和挠度，还可延长光伏电池薄膜的使用寿命。
[0095] 具体的，由于船舶甲板为钢材，烈日照射下温度极高，帆布可保护光伏电池不受甲板的灼热影响。
[0096] (3)采用可卷曲光伏电池薄膜作为太阳能电池，具有布置灵活、不受船舶甲板形状的限制。
[0097] 例如，可卷曲光伏电池薄膜可横跨到船舶左右船舷，高度两米合适，下面可以通行。
[0099] 可卷曲光伏电池薄膜可安装在驾驶台前方的甲板上，此时，需避免有反射光到驾驶台，防止影响驾驶员瞭望，可手动或自动调整四个可伸缩机架桩腿的高度，改变太阳能电池板到合适位置。
[0100] 可卷曲光伏电池薄膜可安装在驾驶台两翼及上方，可卷曲光伏电池薄膜作为顶棚，遮雨降温，同样能减少船舶中央空调的负荷而实现节能。
[0101] (4)实际应用中，安装于船舶甲板不同位置的可卷曲光伏电池薄膜通过并联和串联后，集中到汇流箱，再连接到DC/DC并网型光伏模块，DC/DC并网型光伏模块将光伏电能变换为120±5VDC直流电后，送到直流母线排，最终为船舶上的各类用电设备供电。其中，DC/DC并网型光伏模块具有极性保护、过流过压保护、防反向电流保护等功能。
[0102] (二)可伸缩支架
[0103] 可伸缩支架用于调整可卷曲光伏电池薄膜的角度，从而提高可卷曲光伏电池薄膜的利用率。具体的，可伸缩支架2包括四个支架桩腿3；各个支架桩腿3分别布置在可卷曲光伏电池薄膜1的四角位置，通过四个支架桩腿3，支撑可卷曲光伏电池薄膜1。
[0104] 白天且非阴天情况下，根据光强传感器检测到的光最强方向，调整可伸缩支架各个支架桩腿的高度，使可卷曲光伏电池薄膜朝向光强方向倾斜6度，自动跟踪光强方向。夜间或阴天情况下，根据风力风向传感器检测到的风力助航信息，自动调整可伸缩支架各个支架桩腿的高度，使光伏电池薄膜迎风方向抬高45-75度，作为风帆使用。
[0105] 需要强调的是，可卷曲光伏电池薄膜作风帆使用的时候，通过调整可伸缩支架各个支架桩腿的高度，进而调节可卷曲光伏电池薄膜在四周方向中某一角度的倾角，吸收风力为船舶助航。但可卷曲光伏电池薄膜风帆助航的前提条件是不能为船舶产生前行阻力，顺风的时候效果更佳，侧风次之，逆风时不适用。可卷曲光伏电池薄膜风帆助航比风力发电机的效率更高、效果更好。
[0106] 下面详细介绍支架桩腿的结构：
[0107] 如图6所示，为支架桩腿的结构示意图；如图7所示，为图6的横剖面图；每个支架桩腿3均包括：固定基座3.1、外套管3.2、内立柱3.3、电动机转子3.4、电动机定子3.5和三相绕组电源；
[0108] 内立柱3.3通过螺纹连接方式设置在外套管3.2的内腔，具体的，内立柱3.3设置有外螺纹；外套管3.2的内部腔体设置有内螺纹；外螺纹和内螺纹啮合，在图4中，3.8即代表啮合螺纹，即可实现内立柱3.3和外套管3.2的螺纹连接。
[0109] 外套管3.2的底部固定安装电动机转子3.4，当电动机转子转动时，带动外套管同步转动；实际应用中，电动机转子3.4可采用鼠笼导条，鼠笼导条的形状与外套管3.2的形状相同，固定在外套管3.2的底部。
[0110] 在电动机转子3.4的外部包围设置电动机定子3.5，电动机定子3.5采用三相感性异步电动机定子；
[0111] 电动机转子3.4可转动安装在固定基座3.1的顶面，固定基座3.1的底面固定在船舶甲板上；另外，三相绕组电源与电动机定子3.5电连接。内立柱3.3的顶部安装有铰接件3.6；铰接件3.6用于连接可卷曲光伏电池薄膜1。
[0112] 其工作原理为：
[0113] 通过改变电动机定子的三相绕组电源(110Vac/60Hz)相序，控制支架桩腿电动机正反转。即：电动机定子接通正相序电源时，电动机鼠笼型转子顺时针旋转，因该转子与外套管一体，则外套管也顺时针旋转，通过螺纹啮合使内立柱下移，进而调低光伏薄膜的高度；当电动机定子接通反相序电源时，电动机鼠笼型转子逆时针旋转，则外套管也逆时针旋转，通过螺纹啮合使内立柱上移，调高光伏薄膜。
[0114] 实际应用中，为延长每个支架桩腿的使用寿命，还包括保护外罩3.7；保护外罩3.7套在外套管3.2和内立柱3.3的外部，并且，保护外罩3.7的顶部与内立柱3.3的顶部固定，可随内立柱3.3的升降动作进行同步升降。
[0115] 为实现支架桩腿高度的自动调整，进而自动调整可卷曲光伏电池薄膜的倾斜角度，还包括：控制器、光强传感器和风力风向传感器；控制器分别与光强传感器、风力风向传感器以及各个支架桩腿3的三相绕组电源连接。
[0116] 经验证，本发明提供的船舶光伏发电系统，在严寒及酷热条件下能正常工作，工作温度范围为-25℃～+55℃，具有良好的防雷接地设计，满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求，各连接点的连接电阻应小于10欧姆；满足船用要求，方便施工和维修方便，互换性好，兼容性好，便于管理，整体使用寿命应在25年以上。
[0117] 由此可见，本发明提供的船舶光伏发电系统，采用风帆型式的可卷曲太阳能薄膜，并且，可卷曲太阳能薄膜通过可伸缩支架支撑，可根据需要展开或收起。白天，通过对可伸缩支架的高度控制，使太阳能薄膜自动跟踪太阳光最强方向且调整在风阻力最小位置，提高太阳光发电效率。晚上，太阳能薄膜竖起作为风帆使用，且自动调整位置吸收风能，利用风帆为船舶提供辅助推力，从而全面提高了太阳能发电设备的利用率。
[0118] 4、船舶风力发电系统
[0119] 本发明提供一种船舶风力发电系统，通过风力涡轮机直接驱动永磁发电机，从而有效提高风能发电效率。下面通过两个实施例，对本发明进行详细介绍：
[0120] 实施例一
[0121] 如图8所示，为本实施例提供的船舶风力发电系统的结构示意图，包括：固定基座11、旋转立柱12、永磁发电机13和风力涡轮机14；
[0123] 永磁发电机13包括永磁发电机转子13.1、永久磁铁、永磁发电机定子13.2和三相交流电输出接口13.3；永磁发电机转子13.1固定在旋转立柱12的侧面；在永磁发电机转子13.1上固定安装N极S极交替的永久磁铁；在永磁发电机转子13.1的外部包围设置永磁发电机定子13.2，并且，永磁发电机定子13.2固定在固定基座11上，在永磁发电机定子13.2的内部嵌入三相绕组；永磁发电机转子13.1转动时，带动永久磁铁同步转动，进而切割永磁发电机定子13.2产生的磁场，通过三相交流电输出接口13.3，输出三相交流电。
[0124] 其工作原理为：
[0125] 风力涡轮机与旋转立柱固定在一起，风力涡轮机吸收各个方向上的风能而带动旋转立柱旋转。当旋转立柱旋转时，由于永磁发电机转子固定在旋转立柱上，永磁发电机转子上安装N极S极交替的永久磁铁，因此，风能作用风力涡轮机转动时，带动旋转立柱和转子旋转，转子上的永久磁铁切割定子三相绕组，于是永磁发电机输出120V60Hz三相交流电。
[0126] 本实施例提供的船舶风力发电系统，根据船长和宽度灵活布置在甲板的不同位置，且数据根据实际情况灵活调整，只需满足以下基本布置原则即可：甲板上布置的风力发电系统以不能影响船舶装卸货、不影响船舶稳性和强度、操作维护方便简单、安全可靠为原则。
[0127] 实际应用中，风力发电系统的基座固定在船舱之间的干隔舱位置，甲板上部旋转的风力涡轮机高度3m、直径1m合适，风力涡轮机拆卸安装需要方便。
[0128] 本发明中，风力发电系统产生幅值和频率变化的交流电，通过AC/DC模块整流为直流电。风力涡轮机兼顾宽尖速比和降噪气动优化设计，气动效率高于0.4，噪音低于65db。桨叶采用胶衣树脂和增强玻璃纤维制作，能保证在高转速下安全运行。风力发电机采用强磁材料，优级轴承，F级绝缘IP54防护，按免维护技术设计，保证使用寿命30000小时以上，寿命期内无需解体保养。风力涡轮机适应高转速，但最高转速不超过3600r/min。
[0129] 本实施例提供的风力发电系统，通过风力涡轮机直接驱动永磁发电机，最大限度捕捉风能，为船舶提供电力，具有发电效率高的特点。
[0130] 实施例二
[0131] 如图9所示，为本实施例提供的船舶风力发电系统的结构示意图。本实施例是在实施例一的基础上进行进一步改进，在实施例一的基础上增加摆线推进器16和伸缩导管17；本实施例提供的船舶风力发电系统，主要安装于船舶尾部，且在船舶尾部左右对称安装两个风力发电系统，对于每个风力发电系统，底部安装可伸缩的摆线推进器，根据需要可直接为船舶提供推动力。
[0132] 具体的，旋转立柱12的底端穿过固定基座11而延伸到固定基座11的下方；在位于固定基座11下方的一段旋转立柱12的外面，套设伸缩导管17，并且，伸缩导管17的顶面与固定基座11的底面固定连接；
[0133] 旋转立柱12的底端通过滑键可上下滑动安装摆线推进器16，并且，当摆线推进器16向上滑动至全部进入伸缩导管17时，摆线推进器16与旋转立柱12脱开；当摆线推进器16向下滑动至全部位于伸缩导管17外面时，摆线推进器16与旋转立柱12扣合固定。
[0134] 其工作原理为：
[0135] 船舶尾部左右对称安装两台风力涡轮发电机，并且，旋转立柱12贯穿船舶尾部的底层钢板，在旋转立柱下端滑键固定安装摆线推进器；摆线推进器上升全部进入伸缩导管里时，摆线推进器离开海面，摆线推进器与旋转立柱脱开而停止工作；当摆线推进器从伸缩导管里完全出来时，摆线推进器经滑键固定在旋转立柱上而随旋转立体同时旋转，同时摆线推进器也全部进入海水一定深度，从而为船舶提供推进力，此时可断开风力永磁发电机的输出，这样风能只用于推进，减少了发电环节，使风能利用率会更高。
[0136] 本发明提供的船舶风力发电系统，根据实际需要，还可更进一步改进，如，还包括刹车控制器；刹车控制器分别与永磁发电机13和风力涡轮机14电连接。再例如，风力涡轮机直接驱动永磁发电机，配有并网型AC/DC模块和风力、风向、位置检测传感器、伺服控制系统，进而自动随风向调整；风机涡轮机高度也可调整。
[0137] 综上所述，本发明提供的船舶风力发电系统，具有以下优点：
[0138] (1)风力涡轮机直接驱动风力发电机，最大限度捕捉风能，为船舶提供电力，具有供电效率高的优点。
[0139] (2)风力涡轮机底部驱动摆线推进器旋转，直接向船舶产生推进动力，吸收较大的风力能量，保持风力发电机工作稳定，为船舶提供电力同时还能直接产生推力，进一步提高了风能利用效率。
[0140] 5、船舶锂电池储能系统
[0141] 结合图10，本发明提供一种船舶锂电池储能系统，可有效稳定直流母线电压，具体的，包括：岸电21、隔离变压器22、可控整流AC/DC单元23、锂电池储能单元24、并网型可控双向DC/DC单元25以及电池管理单元；在岸电21和隔离变压器22之间可安装岸电开关27；
[0142] 岸电21经隔离变压器22后，连接到可控整流AC/DC单元23的一端；可控整流AC/DC单元23的另一端连接到锂电池储能单元24的一端，锂电池储能单元24的另一端通过并网型可控双向DC/DC单元25连接到船舶供电的直流母线排26；
[0143] 电池管理单元包括：直流母线电能检测设备和控制电路板；其中，直流母线电能检测设备为直流母线电流检测传感器和/或直流母线电压检测传感器。直流母线电能检测设备的输入端与直流母线排26连接，直流母线电能检测设备的输出端连接到控制电路板的输入端，控制电路板的第一输出端连接到并网型可控双向DC/DC单元25的充放电控制接口；控制电路板的第二输出端连接到锂电池储能单元24的均衡调节控制接口。
[0144] 本发明提供的船舶锂电池储能系统，其工作原理为：
[0145] 船舶靠岸装卸货期间，船舶接岸电，一方面取代船舶电站为全船供电；另一方面通过岸电开关ACB、隔离变压器、可控整流AC/DC单元向给锂电池储能单元储能，直至充满为止。当船舶离岸后，锂电池储能单元所储存的电能可适时释放出来，经并网型可控双向DC/DC单元到直流母线，为船舶电力所用。并网型可控双向DC/DC单元用于稳压直流母线，保证直流母线电压保持在120VDC±5DC上。
[0146] 可见，本发明中，配置接岸电的装置，利用船舶靠岸期间给蓄电池蓄能。蓄电池采用锂电池，可快速充放电，满足船舶电站较高的动态特性及船级社规范的标准，解决特殊天气情况下(如持续阴雨天或无风天气或波浪较小)的电力供给问题。另外，配置并网型可控双向DC/DC单元，根据直流母线状态，即可给蓄电池充电，也可给蓄电池放电。蓄电池容量储备，船舶靠岸后接岸电储能用。
[0147] 本发明中，电池管理单元BMS的功能为：
[0148] (1)电池管理单元的控制电路板的第一输出端连接到并网型可控双向DC/DC单元25的充放电控制接口，可根据直流母线状况实时调整并网型可控双向DC/DC单元的充放电状态，稳定电压，降低太阳能和风能输出功率变化对船舶电网的冲击。
[0149] (2)电池管理单元的控制电路板的第二输出端连接到锂电池储能单元24的均衡调节控制接口，可避免因单体模块电池特性差异较大而引起整组电池性能和寿命下降。
[0151] 电池管理单元具有彩色触摸屏显示，显示蓄电池组中每节电池编号及其数据、显示故障历史纪录，显示数据清晰易读，易于操作；具备声光报警功能，当有电池异常(包括电池电压过高、过低、蓄电池组任意一点开路、电池短路等)时，能够提供声光报警信号且能自动辨识并显示异常电池编号；具有RS485通讯接口，能将电池组电压、故障历史纪录等参数上传至集中监视器。每个电池电压测量端口均采用数字化触点进行隔离确保系统安全稳定运行；可连续长期工作，具有通用性。
[0152] 本发明设计的锂电池储能系统，还具有以下特点：
[0153] (1)使用寿命大于10000次；在充放电过程中外部遇明火、撞击、雷电、短路、过充放等各种意外因素，不应发生燃烧或爆炸；蓄电池正、负极端子有明显标志，便于连接；池组壳体、外盖不得有变形、裂纹及污迹，标识清晰；电池组应具备完整安装连接材料，并提供电池输出端的接线铜排；电池组所配金属钢架或柜体应具有较强钢框并预留对地面安装固定孔。
[0154] (2)锂电池储能系统在风光能离网运行状态时，能由并网到离网平滑过渡提供基准电压，并可作为备用电源为船舶负荷供电；
[0155] (3)锂电池储能系统包括锂电池及带有通讯功能的电池管理系统BMS，储能电池柜有良好的通风散热设计，BMS能与船舶电站PMS、电能质量监控与管理模块实时通讯，并接受电能质量监控与管理模块的调度；
[0156] (4)锂电池储能系统自动化运行，运行状态可视化，锂电池组的布置和安装方便施工、调试、维护和检修；
[0157] (5)锂电池储能系统采用室内机柜安装方式，所选产品船级社标准，有产品序列号及检测报告等，所有原材料等应可追溯来源。
[0158] 综上所述，本发明提供的船舶锂电池储能系统具有以下优点：
[0159] (1)可稳定直流母线电压，即：直流母线电压升高超过上限时，通过并网型可控双向DC/DC单元向锂电池储能单元充电；直流母线电压低于下限时，锂电池储能单元通过并网型可控双向DC/DC单元放电；通过锂电池储能单元和并网型可控双向DC/DC单元稳定了直流母线电压，解决风能太阳能发电不稳定问题，保持清洁能源储备充足的状态，为直流母线稳压创造有利条件。
[0160] (2)在船舶靠港期间，通过岸电进行储能，可减少船舶柴油发电机的油耗，[0161] 6、船舶波浪能发电系统
[0162] 本发明还针对海洋能开发利用中的振荡浮子式波浪能发电装置在船上应用的难点，解决波浪能发电稳定可控的问题，优化了振荡浮子、潮高和波浪强度综合作用下波浪能发电机的效率。
[0163] 波浪能发电系统只能沿船舷布置，振荡浮子经浮子连杆下放到海平面，通过调整浮子连杆使筒形振荡浮子浸入海水深度是振荡浮子长度的三分之二，波浪能发电装置适用于船舶抛锚、停泊装卸货期间使用，航行中波浪能发电装置收起不工作。
[0164] 如图11所示，为船舶波浪能发电系统的结构示意图，包括振荡浮子单元31、直线发电机32以及自适应杠杆机构33。
[0165] (一)振荡浮子单元
[0166] 其中，振荡浮子单元31包括筒形振荡浮子31.1以及浮子连杆31.2；筒形振荡浮子31.1伸出船舷外部且漂浮在海平面上；浮子连杆31.2的底端与筒形振荡浮子31.1的顶端固定连接；
[0167] 振荡浮子为圆筒形，不锈钢薄壁(厚度1mm)水密保护外壳，内层充满不透水的橡胶，振荡浮子固定在振荡浮子连杆上。振荡浮子的选型非常重要：圆筒形振荡浮子的直径变小波浪能会增加、吃水越深波浪能越大、在任何吃水情况下浮筒的重心对波浪能反馈没有任何影响；圆筒形振荡浮子直径为6-10m，吃水深度为6-12m；可由多个细长型振荡浮子并联，以满足直线发电机的需要求。圆筒形振荡浮子及其不锈钢外壳为一整体，水密的不锈钢外壳保护振荡浮子橡胶主体，振荡浮子总体质量应等于直线发电机动子质量，振荡浮子总体的浮力是直线发电机动子重量的一倍。
[0168] 在图11中，34代表机架，机架属于船体部分，用于安装固定波浪能发电系统模块。通过调整机架，使振荡浮子漂浮在海平面上，整个系统只有振荡浮子伸出船舷外部。
[0169] (二)直线发电机
[0170] 直线发电机32包括：动子32.1、永久磁铁32.2、导向杆32.3、复位弹簧32.4、固定罩32.5、动子连杆32.6和定子32.7；
[0171] 动子32.1固定N极和S极交替的永久磁铁32.2，动子32.1的上端固定导向杆32.3，通过导向杆32.3，限制动子32.1只能进行上下方向运动，防止动子左右偏移；导向杆32.3的顶端通过复位弹簧32.4固定在固定罩32.5的内壁，例如，复位弹簧32.4通过弹簧座32.8固定固定罩32.5的内壁。动子32.1的外部套设安装定子32.7，直线发电机定子为星形接法的三相绕组；动子32.1的下端固定安装动子连杆32.6，吸收波浪能；振荡浮子随波浪的起伏运动，经杠杆机构作用在动子连杆上，从而使动子上下往复运动，动子上的永久磁铁切割定子绕组，直线发电机便产生了三相交流电，在图11中，33.11-三相交流船舶电源
[0172] (三)自适应杠杆机构
[0173] 自适应杠杆机构33包括：杠杆33.1、杠杆支点支架33.2、丝杆33.3、滑块33.4、电动机33.5、AC/AC变频器33.6、上死点磁脉冲位置感应开关33.7、下死点磁脉冲位置感应开关33.8和检测运动幅度磁脉冲位置感应开关33.9；
[0174] 杠杆33.1的一端与浮子连杆31.2的顶端固定连接；杠杆33.1的另一端与动子连杆32.6的底端铰接；
[0175] 电动机33.5的输出端与丝杆33.3联动，用于驱动丝杆33.3转动；滑块33.4与丝杆33.3螺纹连接，当丝杆33.3转动时，滑块33.4进行左右移动；
[0176] 杠杆支点支架33.2的一端固定在滑块33.4上，杠杆支点支架33.2的另一端套设于杠杆33.1上，杠杆支点支架33.2和杠杆33.1的相交位置为杠杆支点33.10；当滑块33.4左右移动时，带动杠杆支点支架33.2同时左右移动，进而改变杠杆支点33.10的位置；改变了振荡浮子、直线发电机动子与杠杆支点的相对距离，从而改变了振荡浮子对直线发电机动子的作用强度和幅度。
[0177] 另外，上死点磁脉冲位置感应开关33.7、下死点磁脉冲位置感应开关33.8和检测运动幅度磁脉冲位置感应开关33.9的输出端均连接到AC/AC变频器33.6的输入端；AC/AC变频器33.6的输出端与电动机33.5的输入端连接，可控制电动机33.5的转动方向。
[0178] 具体的，导向杆外面布置磁脉冲位置感应开关，该上死点磁脉冲位置感应开关安装在导向杆上行程终点的固定罩里，检测动子上止点(上死点)；动子连杆外面也布置磁脉冲位置感应开关，该下死点磁脉冲位置感应开关安装在连杆下行程终点处机架上，检测动子下止点(下死点)；正常工作范围内，动子运动不会超过上下止点位置。导向杆上面有弹簧安装在固定罩里，防止导向杆直接撞击固定罩，同时导向杆撞击该弹簧时还能产生回复作用力。
[0179] 自适应杠杆机构可调支点的位置应保证直线发电机动子行程在上下止点(上下死点)范围内工作，如果动子到达上下止点(上下死点)位置时，磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器，则AC/AC变频器驱动伺服电机正转或反转，从而改变支点位置。当动子向上运动超过上下止点(上下死点)时，上下死点磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器使伺服电机正转，同时伺服电机带动丝杠同步顺时针转动，滑块带动杠杆支点向右移动，从而减小动子的上下运动幅度，直到上下死点磁脉冲位置感应开关感受不到动子为止，此刻AC/AC变频器使伺服电机停转，保证动子运动在上下死点范围内。
[0180] 如果动子运动幅度较小，检测运动幅度的磁脉冲位置感应开关没有感受到动子时，则运动幅度检测磁脉冲位置感应开关触发AC/AC变频器，使伺服电机逆时针，伺服电机带动丝杠同步逆时针转动，滑块带动杠杆支点向左移动，增大动子的上下运动幅度，直到运动幅度检测磁脉冲位置感应开关感受到动子为止，再一次触发AC/AC变频器使伺服电机停转，从而使动子运动在满行程范围内，提高波浪能直线发电机的效率和安全性。
[0181] 补偿与优化：风平浪静的情况下，自适应杠杆机构为水平状态，此时的直线发电机动子恰好处在中位。落潮或涨潮时，船舶带着波浪能发电系统随着落潮或涨潮变化，对波浪能发电系统没有影响。但船舶装载量变化影响波浪能发电系统工作，当船舶空载或载货量少的情况下，船舶吃水浅而干舷高，此时需要加长浮子连杆；当船舶满载或载货量多的情况下，船舶吃水深而干舷低，此时需要缩短浮子连杆长度；浮子连杆长度以保证筒形振荡浮子的三分之二浸没入海水中。
[0182] 本发明中，单个波浪能发电系统主要由波浪转换机构(包括振荡浮子、浮子连杆、杠杆)、直线发电机及其连杆组成，安装在船舷边。振荡浮子为筒形且伸出舷外漂浮在海面上，浮子连杆长度可调，用于调整浮子浸水深度。杠杆支点可调，用于改变振荡浮子对直线发电机动子的作用强度和幅度。
[0183] 上述波浪能发电系统的工作原理为：
[0184] 筒形振荡浮子漂浮在海平面上，水下部分占三分之二，在波浪作用下振荡浮子的垂荡、纵荡、纵摇运动将吸收的波浪能转换为杠杆的上下往复运动，杠杆驱动直线发电机的动子做往复运动，往复运动的动子上永久磁铁切割直线发电机定子而发电，实现波浪能→机械能→电能的转化。
[0185] 波浪能发电系统模块在船舶停泊期间投入使用，根据船舶干舷高度，通过改变振荡浮子连杆长度调整筒形振荡浮子浸入海水的深度。通过改变杠杆支点调整波浪强度作用动子运动幅度在直线发电机允许的工作范围内。直线发电机输出的交流电经AC/DC整流模块转换为直流电并网到直流母线排。
[0186] 在波浪随机变化情况下，波浪能发电系统模块自动调节杠杆机构的支点，保证直线发电机动子工作在允许范围内且满行程，解决波浪能发电过程不均匀、能量输出不稳定的问题，提高发电效率。
[0187] 波浪能发电系统适用于船舶停泊抛锚、停泊靠港装卸货期间，船舶航行时不能使用波浪能发电系统，否则导致船舶航行阻力增加而增大油耗，大风浪天气使用波浪能发电系统，能减轻船舶横摇。
[0188] 实际应用中，还设置有电能质量监控与管理设备，采用NI快速数据采集终端模块采集系统的电压、电流、功率、频率、功率因数、谐波、偏差、不平衡、闪变、暂降、变化范围，进行电能质量分析，同时完成能量优化控制。
[0189] 说明本发明创造所要解决的主要技术问题
[0190] ①、本发明研制的船舶风光储波浪能综合利用发电装置，集成了整流、储能、稳压、逆变、有源滤波、动态无功补偿和交直流并网系统，节约了模块和控制器数量，风能、太阳能、波浪能与蓄电池储能在硬件上互为利用、技术上互为补充，提高模块和控制器利用率，极大的降低了成本。
[0191] ②、本发明解决了绿色能源利用的孤岛电网与联合电网问题、旋转机械发电与不利用旋转机械发电的并网难题、直流母线并网与交流母线并网的不同电压等级的混合问题，蓄电池储能系统模块进行稳压，实现电网稳态控制、低压静止式有源滤波(APF)和低压动态无功补偿(SVG)、电能质量监控与管理。
[0192] ③、本发明的风光储波浪能综合利用发电与船电交流并网，采用能量优化技术，充分利用风光储波浪能发电的前提下，通过控制船舶发电柴油机的出功多少达到节能减排目的，进一步降低船舶营运成本。
[0193] ④、本发明还针对海洋能开发利用中的振荡浮子式波浪能发电装置在船上应用的难点，解决波浪能发电稳定可控的问题，优化了振荡浮子、潮高和波浪强度综合作用下波浪能发电机的效率。
[0194] ⑤、解决了太阳能板晚上闲置的问题，晚上调整可卷曲光伏电池薄膜倾角成为风帆，为船舶提供动力。可卷曲太阳能薄膜安装尺寸灵活，增大了太阳能电池板的工作面积。
[0195] ⑥、解决了风力涡轮机过负荷的难题，风力涡轮机底部驱动摆线推进器，直接为船舶产生推力，吸收较大的风力能量，保持风力发电机工作稳定。
[0196] ⑦、电池储能系统模块解决风能太阳能波浪能发电不稳定问题、船舶电站动态快速性问题、岸电利用难题。
[0197] ⑧、本发明采用了可控整流、有源滤波、储能、变频、逆变、现场总线、无线传输、交直流混合电网、风力涡轮机、风力永磁发电机、波浪能往复直线发电机、静止式光伏发电薄膜电池板、锂电池、船舶同步发电机，进行系统集成与功能优化，填补船舶在新能源综合利用领域上的空白。
[0198] 本发明技术特点简述如下：
[0199] (1)船舶风光储波浪能综合利用发电装置满足的条件
[0201] (2)、船舶风光储波浪能综合利用发电装置的技术要求
[0202] 船舶上安装的可卷曲光伏电池薄膜最小模块发电峰值容量为2KW，按照安装现场再进行串并联扩展。单台风力发电模块具有微风启动、轻风发电，容量为25KW，多台风力发电机独立发电并网。100kW储能系统(两套)，先满足直流母线稳压，其次是岸电储能的需要。单台波浪能发电模块峰值功率为10KW，多台波浪能发电机独立发电并网。
[0203] 船舶风光储波浪能综合利用发电系统采用可变灵活的接线系统，适用于微电网主从控制技术和对等控制技术；该发电系统具有二次测控保护、通讯与数据采集和微电网集中管理功能，实现与船舶电网的协调运行。
[0204] (3)、船舶风光储波浪能综合利用发电装置工作
[0205] ①、该装置采用基于逆变电源技术微网系统的控制方法，进行分布式能源微网系统并网及微网自主稳定运行控制，采用基于分布式测量的功率、电压和频率的分布式控制策略，实现微网快速无缝连接或独立于船舶电网系统稳定运行、同时有功和无功功率可以独立控制以满足船舶负载的动态需求。
[0206] ②、该装置在船舶电网故障情况下，能快速检测出船舶电网故障，在尽可能短的时间内，将风光储波浪能综合利用的微电网与船舶电网快速分离。
[0207] ③、该装置能通过自动电压无功控制SVG模块实现无功功率的就地平衡，确保电压在合格范围内。
[0208] ④、该装置在并网运行模式下，可根据经济运行分析、需求侧管理分析等，进行整个配电网最优运行。
[0209] ⑤、该装置进行储能充放电曲线控制，根据负荷曲线制定储能充放电曲线，依靠储能充放电实现用电负荷的消峰填谷。
[0210] ⑥、该装置能与船舶电站联合调度，该装置的电能质量监控与管理模块具有与船舶电站管理系统(PMS)交互信息的功能，能将该装置的微电网公共连接点处的并离网状态、交换功率上送PMS，并接受PMS管理。
[0211] ⑦、该装置并网运行时，在保证安全运行的前提下，以全系统能量利用效率最大和运行费用最低为目标，充分发挥风能、太阳能、波浪能的发电能力，保证船舶电力系统最优运行。
[0212] (4)、光伏发电系统模块
[0213] 光伏发电系统在严寒及酷热条件下能正常工作，工作温度范围为-25℃～+55℃，具有良好的防雷接地设计，满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求，各连接点的连接电阻应小于10欧姆；满足船用要求，方便施工和维修方便，互换性好，兼容性好，便于管理，整体使用寿命应在25年以上。可卷曲光伏电池薄膜组件的铭牌应标明制造厂商、型号、产品序列号、峰值功率、峰值电流、峰值电压、开路电压和短路电流，产品生产合格证。
[0214] (5)、风能发电系统模块
[0215] 风力发电机发出幅值和频率变化的交流电，通过AC/DC模块整为直流电。风力涡轮机兼顾宽尖速比和降噪气动优化设计，气动效率高于0.4，噪音低于65db。桨叶采用胶衣树脂和增强玻璃纤维制作，能保证在高转速下安全运行。风力发电机采用强磁材料，优级轴承，F级绝缘IP54防护，按免维护技术设计，保证使用寿命30000小时以上，寿命期内无需解体保养。风力涡轮机适应高转速，但最高转速不超过3600r/min。船舶尾部的风力发电系统模块，还可带动摆线推进器旋转，为船舶航行直接提供推力。
[0216] (6)、锂电池储能系统模块
[0217] 该模块使用寿命大于10000次；在充放电过程中外部遇明火、撞击、雷电、短路、过充放等各种意外因素，不应发生燃烧或爆炸；避免因单体模块电池特性差异较大而引起整组电池性能和寿命下降；蓄电池正、负极端子有明显标志，便于连接；池组壳体、外盖不得有变形、裂纹及污迹，标识清晰；电池组应具备完整安装连接材料，并提供电池输出端的接线铜排；电池组所配金属钢架或柜体应具有较强钢框并预留对地面安装固定孔。
[0218] ①该模块接受风光储波浪能电能质量监控与管理模块的调度，根据直流母线状况实时调整自身的充放电状态，稳定电压，降低太阳能、风能、波浪能输出功率变化对船舶电网的冲击；
[0219] ②该模块在风光波浪能离网运行状态时，能由并网到离网平滑过渡提供基准电压，并可作为备用电源为船舶负荷供电；
[0220] ③该模块包括锂电池及带有通讯功能的电池管理系统(BMS)，储能电池柜有良好的通风散热设计，BMS能与船舶电站PMS、电能质量监控与管理模块实时通讯，并接受电能质量监控与管理模块的调度；
[0221] ④该模块自动化运行，运行状态可视化，锂电池组的布置和安装方便施工、调试、维护和检修；
[0222] ⑤该模块采用室内机柜安装方式，所选产品船级社标准，有产品序列号及检测报告等，所有原材料等应可追溯来源。
[0223] ⑥蓄电池管理系统BMS实现的功能：能检测单体电池电压、电池组端电压和测量单体电池内阻；进行电能计量并准确预测电池组剩余容量；具有过压、欠压和差压报警功能，能准确查找故障电池。具有彩色触摸屏显示，显示蓄电池组中每节电池编号及其数据、显示故障历史纪录，显示数据清晰易读，易于操作；具备声光报警功能，当有电池异常(包括电池电压过高、过低、蓄电池组任意一点开路、电池短路等)时，能够提供声光报警信号且能自动辨识并显示异常电池编号；具有RS485通讯接口，能将蓄电池组电压、故障历史纪录等参数上传至集中监视器。每个电池电压测量端口均采用数字化触点进行隔离确保系统安全稳定运行；可连续长期工作，具有通用性。
[0224] (7)波浪能发电系统模块
[0225] 波浪能发电系统模块的筒形振荡浮子漂浮在海平面上，水下部分占三分之二，在波浪作用下振荡浮子的垂荡、纵荡、纵摇运动将吸收的波浪能转换为杠杆的上下往复运动，杠杆驱动直线发电机的动子做往复运动，往复运动的动子上永久磁铁切割直线发电机定子而发电，实现波浪能→机械能→电能的转化。
[0226] 波浪能发电系统模块在船舶停泊期间投入使用，根据船舶干舷高度，通过改变振荡浮子连杆长度调整筒形振荡浮子浸入海水的深度。通过改变杠杆支点调整波浪强度作用动子运动幅度在直线发电机允许的工作范围内。直线发电机输出的交流电经AC/DC整流模块转换为直流电并网到直流母线排。
[0227] 在波浪随机变化情况下，波浪能发电系统模块自动调节杠杆机构的支点，保证直线发电机动子工作在允许范围内且满行程，解决波浪能发电过程不均匀、能量输出不稳定的问题，提高发电效率。
[0228] (8)船舶风光储波浪能综合利用发电装置的电能质量监控与管理模块
[0229] 电能质量监控与管理模块提供船舶风光储波浪能综合利用发电装置的电流、电压、有功功率、无功功率，功率因数等各种实时数据，并将这些实时数据带品质描述传送至上位机和船舶电站管理系统PMS。
[0230] 电能质量监控与管理模块自动控制和手动控制，可由操作员投入/退出，不影响手动控制功能的正常运行。在自动控制过程中，程序遇到任何软、硬件故障均应输出报警信息，停止控制操作，并保持被控设备的状态。自动控制包括自动电压无功控制、配网联合调度、经济调度、离网能量调度。
[0231] 操作正常或操作异常时均应产生操作报告。正常执行报告内容包括控制原因、操作时间及操作内容；控制操作异常的报告内容包括操作时间、操作内容、引起异常的原因、要否由操作员进行人工处理等。另外，当控制功能被停止或启动时也应产生报告。上述报告均应打印输出。
[0232] 电能质量监控与管理模块具有并、离网自动切换功能，从并网状态到离网状态、离网状态到并网状态这两个过渡状态的稳定平滑自动控制功能，并网状态到离网状态实现无缝切换，离网状态到并网状态实现无缝切换。在离网期间，该模块实现船舶风光储波浪能综合利用发电装置分级负荷管理下的稳定运行。该模块通过自动电压无功控制模块保证船舶风光储波浪能综合利用发电装置内部的电压质量，实现无功功率的就地平衡，确保电压在合格范围内。在并网运行方式下，该模块可根据经济运行分析、船舶负载侧管理分析等，给船舶风光储波浪能综合利用发电装置各个发电模块下发交换功率定值以实现整个配电网最优运行。该模块通过控制策略实现分布式电源出力平滑控制，抑制分布式电源波动性。
[0233] (9)船舶风光储波浪能综合利用发电装置其他要求
[0234] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置的元器件应有型式试验报告和合格证，满足船级社规范。装置中的插件应牢固、可靠，更换方便，抗地震、防振动和抗撞击等满足船用环境要求。插件、插箱应有明显的接地标志。所有元件应排列整齐，层次分明，便于运行、调试、维修和拆装，并留有足够的空间。对装置中带有调整定值的插件，调整机构应有良好的绝缘和锁紧设施。
[0235] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置的下方应装设有2个25×4mm2截面的接地铜排，其中一个铜排与地不绝缘，另一个铜排与地绝缘，安装该铜排时应加装绝缘支垫。铜排末端应装好可靠的压接式端子，可接截面不小于4mm2的多股铜线，以便接到船舶接地网上。
[0236] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置防护等级IP56级，选用高强度钢组合结构，柜体采用全封闭结构,并充分考虑散热要求，保护屏前开门带锁，并有透明窗，提供由手动开启的柜内照明设备，屏面上的信号灯和复归按钮安装于便于维护、运行监视和操作。
[0237] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置内部回路的工作电压不应超过250V，配线的耐压不小于500V，应采用防潮隔热和防火的交联聚乙烯绝缘铜绞线，其最小截面不小于1.5mm2，但对于交流电流、电压和跳闸回路的截面应不小于4mm2，导线应无划痕和损伤。配线槽用于固定电缆，并将电缆连接到端子排。所有连接于端子排的内部配线，应以标志条和有标志的线套加以识别。
[0238] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置所有端子的额定值为1000V、10A，压接型端子。电流、电压回路的端子应能接不小于4mm2的电缆芯线。CT的二次回路应提供标准的试验端子，便于断开或短接各保护装置的输入与输出回路。一个端子只允许接入一根导线。端子排间应有足够的绝缘，端子排应根据功能分段排列，并应至少留有20％的备用端子。端子排间应留有足够的空间，便于外部电缆的连接。断路器的跳闸或合闸回路端子、直流电源的正负极不应布置在相邻的端子上。保护屏上跳闸回路的公共端子应采用多个连接方式，以保证一个端子只允许接入一根导线。
[0239] 船舶风光储波浪能综合利用发电装置的电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近的端子排接地，对有几组电流互感器(如一个半开关接线、角形接线及桥形接线)连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地；电压互感器的二次侧中性点或线圈引出端之一应接地，且每个电压互感器二次回路仅有一个接地点，接地方式按反措要求接地；屏体结构为前后开门、垂直自立式的柜式结构。柜内应设有横向及竖向导线槽，所有设备安装的位置都应方便外部电缆从屏柜的底部进入。所有屏面应清洁，并涂有一层底漆和两层面漆，以防止在运输、仓储和运行中的腐蚀和锈蚀。屏与屏的内外应清洁，应无灰尘、划痕及油污等。屏上的所有设备(包括继电器、控制开关、熔断器、空气开关、指示灯及其它独立安装的设备)，均应有铭牌或标签框。
[0240] 本发明创新点简述如下：
[0241] ①、风能、太阳能、波浪能、蓄电池储能在船舶上的综合利用，通过能量优化控制船舶发电柴油机的输出功率实现节能减排，降低船舶营运成本。
[0242] ②、风光储波浪能交直流混合电网有源滤波及动态无功补偿系统集成技术。
[0243] ③、风帆型式的可卷曲太阳能薄膜，成本低，白天光伏发电，晚上为风帆推进，提高了利用率和效率。
[0244] ④、风力涡轮机直接驱动风力发电机和摆线推进器，最大限度捕捉风能，为船舶同时提供电力和推进动力，效率高。
[0245] ⑤、锂电池储能系统模块用于直流母线稳压，同时在船舶靠港期间通过岸电进行储能，可进一步减少船舶柴油发电机的油耗。
[0246] ⑥、风能、太阳能、波浪能、锂电池储能综合利用、交直流混合电网、及与船舶电站并网，能量优化减少船舶油耗。
[0247] 综上所述，风能、太阳能、波浪能和电池储能可再生能源的开发利用是节能减排、可持续发展的必然趋势，也是绿色船舶应用研究的热点。风能、太阳能、波浪能和电池储能的能量类型、特性和能量转化形式不同，但四者的整流、逆变和并网环节是相同的，可并以直流网，逆变后交流并网，因此，在船舶上综合利用风能、太阳能、波浪能和储能具有极高的性价比和创新性。
[0248] 预计未来必将因风光储波浪能综合利用带来的节能收益而重塑航运市场。本发明采用先进的交直流并网技术、综合利用清洁能源，瞄准国际航运节能减排的方向，首次实现风能、太阳能、波浪能和储能在船舶上并网与综合利用，具有极高的指导意义和实用价值。
[0249] 本发明的风能、太阳能、波浪能和蓄电池储能采用系统化集成设计，相互之间的软硬件模块统一管理，降低成本、提高设备利用率。风能、太阳能和波浪能在船舶上开发利用是实现船舶能源多元化、节能减排和提高竞争力的必然选择之一，也是绿色船舶研究的热点和发展趋势，具有极高的性价比、创新性和实用价值。
[0250] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
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