一种适用于海上浮动式电站的电力稳定装置及应用的制作方法

1.本发明涉及热量与动力领域，更具体地涉及一种适用于海上浮动式电站的电力稳定装置及应用。


背景技术：

2.我国海岛众多，而对于大部分海岛，目前最大的问题是长期存在缺水、缺电的情况，这严重制约着深远海、边远海岛的居民生活、资源开发、工业生产和当地经济的快速发展。
3.目前海岛供电主要有两种模式，一种是联网，一种是孤网。对于距离大陆较近的中大型群岛，因为需求量大，多采用联网供电的方式，使用海底电缆，如果距离不远的话也会使用架空大跨越运输电力。这种供电模式供电量大且可靠性高，但是建设费用高，维护比较困难，对于诸多边远海岛，则采用孤网供电方式，目前主要采用柴油发电机、风能、太阳能等方式。
4.海上浮动式电站是一种将发电厂建造在驳船上，以提供电力服务为目的的特殊工程船，其具有机动、便捷、建造周期短、污染小、不占陆地等优势，但海岛孤网浮式电站发电机组数量较少，其旋转惯性储存的动能和锅炉群所具有的热力势能均较小，因此一些如冶矿厂等冲击性负荷大的设施在使用时，其电负荷的冲击对于孤网的频率、电压冲击均较大，会严重影响孤网安全和主设备的寿命，导致其系统可靠性较低。
5.针对目前浮动式电站孤网运行的一些问题，须设置一电力稳定装置来消纳因切除负荷后多余的电量，对冲击性负荷提出解决方案。


技术实现要素：

6.基于此，本申请提供一种可稳定电网内部的负荷冲击，稳定孤网运行浮式电站发电机组的电能质量，提高供电可靠性，解决海岛孤网运行电站安全稳定问题的适用于海上浮动式电站的多功能电力稳定装置及其应用方法。
7.第一方面，本申请提供一种适用于海上浮动式电站的电力稳定装置及应用，包括以下步骤：获取用电设备的用电负荷，用电负荷通过负电荷平衡装置转换为储能装置内储能介质的热量，即通过数据采集及微机监控管理plc系统对用电设备的负荷情况进行实时监测，当下游用电设备有大容量冲击性用电负荷需要投入时，先通过高低压配电系统逐步开启相应数量的负电荷平衡装置，待到负电荷平衡装置消化的电能与即将启动的大容量冲击性用电负荷相等时，启动下游用电设备的用电负荷，并同期逐步切除部分负电荷平衡装置，下游用电设备正常运行时，当数据采集及微机监控管理plc系统检测到下游有大容量冲击性用电负荷突减时，负电荷平衡装置将浮式电站发电机组还不能同步切除的部分电能进行消耗，使得浮式电站发电机组逐步降低出力。
8.蓄能交换装置中的换热介质吸收储能装置内储能介质的部分热量实现换热，通过
温度检测模块对储能装置内储能介质的热量进行检测，当储能介质的热量超过热量额定值时，冷却系统引入外部冷却介质吸收储能介质的热量，通过液位检测模块对储能装置内储能介质的体积量进行检测，当储能介质的体积量小于体积额定值时，补充系统引入外部补充介质补充储能介质，当储能介质的容量不超过容量额定值时，流经蓄能交换装置的换热介质重新回归储能装置，当储能介质的容量超过容量额定值时，流经蓄能交换装置的换热介质舷外排出。
9.第二方面，本申请提供一种适用于海上浮动式电站的电力稳定装置，包括：负电荷平衡装置、储能装置、蓄能交换装置、温度检测模块、冷却系统、液位检测模块和补充系统，所述负电荷平衡装置的两端分别与储能装置以及用电设备连接，储能装置和蓄能交换装置连接形成闭环环路，负电荷平衡装置将用电设备的用电负荷转化为储能装置内储能介质的热量，所述温度检测模块和液位检测模块的检测端均安装在储能装置内。
10.优选的，所述负电荷平衡装置与高低压配电系统和数据采集及微机监控管理plc系统电连接，蓄能交换装置上设有冷水进水管道和热水出水管道，且蓄能交换装置与储能装置之间通过三通阀连通。
11.优选的，所述冷却系统包括冷却管网和海水泵，冷却管网位于储能装置内部，冷却管网的进水端和出水端均位于储能装置外侧，所述海水泵安装在冷却管网靠近进水端的一侧上，海水泵和蓄能池之间的冷却管网上设有第一远控阀。
12.优选的，所述补充系统包括补水管和第二远控阀，补水管两端分别与蓄能池进水端和冷却管网连通，第二远控阀安装在补水管上。
13.相较现有技术，本发明具有以下的特点和有益效果：1、负电荷平衡装置作为一种耗能装置，通过金属管状电热元件，将浮式电站发电机组发出的电能进行吸收而实现对浮式电站发电机组负荷的转移，从而防止用户侧的突加突减负荷对浮式电站孤网运行电站机组的影响，在数据采集及微机监控管理plc系统的控制下实现用户侧的快速变负荷，当数据采集及微机监控管理plc系统监控到负电荷平衡装置的功率容量与电网中的负荷冲击的容量相当时，可实现实时性的负荷跟踪，稳定电网内部的负荷冲击。
14.2、通过在浮动式电站侧设置多功能电力稳定装置，可在第一时间进行调度，维持用户侧电源频率、电压、功角的稳定，有效稳定孤网运行浮式电站发电机组的电能质量，提高供电可靠性，解决偏远海岛孤网运行电站的安全稳定问题。
15.3、通过热交换系统对负电荷平衡装置产生的热量及时进行热交换，实现能源的多级转换和梯级利用。
16.4、本申请可与浮动式电站集合在一起，避免占用海岛上宝贵的陆地资源，同时由于模块化和集成化特性，更方便进行布置安装，可在任一海岛区域使用，减少了与陆地上水电等接口，提高了稳定性和灵活性。
17.5、本申请蓄能池中的水源可直接使用海水，从根本上解决了远海岛屿淡水资源短缺的困境，且海水中的盐分也增强了导电性能，提高负载能力，同时可直接利用海水进行热量的交换，节约资源，又提高了设备换热效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明在船上布置的俯视图；图2为本发明的海上浮动式电站剖面图；图3为储能装置与蓄能交换装置、冷却系统和补充系统间的流程图；图4为电力稳定装置的控制逻辑简图。
20.附图标记：1、负电荷平衡装置；2、储能装置；3、蓄能交换装置；4、冷却系统；5、补充系统；6、浮式电站发电机组；7、温度检测模块；8、液位检测模块；9、冷水进水管道；10、热水出水管道；11、三通阀；12、冷却管网；13、海水泵；14、第一远控阀；15、第二远控阀；16、补水管；17、排放管。
具体实施方式
21.为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本申请保护的范围。
22.本领域技术人员应理解的是，该文中出现的电器元件均与外界的主控器及440v/220v船舶电站连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备，在本发明的揭露中，除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
23.海上浮动电站拥有巨大发展潜力，针对孤岛、孤网的电网，尤其要考虑多功能电力稳定装置，以能及时平整（或反向抵消）大负荷设备启停时所产生的负荷波动，确保系统稳定，降低大负荷波动对机组寿命的影响。在船上配套了多功能电力稳定装置的浮动电站，就是一个可以移动的“海上充电宝”，可为偏远或电网薄弱的海岛输送稳定的电能，为海洋经济发展提供重要的能源支撑，市场前景广阔。
24.如图1
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4所示，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种适用于海上浮动式电站的电力稳定装置及应用，其通过作为耗能装置的负电荷平衡装置，将浮式电站发电机组发出的电能进行吸收而实现对发电机组负荷的转移，从而防止用户侧的突加突减负荷对浮式电站孤网运行电站机组的影响，并在数据采集及微机监控管理plc系统的控制下实现用户侧的快速变负荷，当数据采集及微机监控管理plc系统监控到负电荷平衡装置的功率容量与电网中的负荷冲击的容量相当时，可实现实时性的负荷跟踪，稳定电网内部的负荷冲击。
25.根据本发明的第一方面，提供一种适用于海上浮动式电站的电力稳定方法，包括以下步骤：获取用电设备的用电负荷，用电负荷通过负电荷平衡装置1转换为储能装置2内储
能介质的热量。
26.具体的，通过数据采集及微机监控管理plc系统对用电设备的负荷情况进行实时监测，当下游用电设备有大容量冲击性用电负荷需要投入时，先通过高低压配电系统逐步开启相应数量的负电荷平衡装置1，待到负电荷平衡装置1消化的电能与即将启动的大容量冲击性用电负荷相等时，启动下游用电设备的用电负荷，并同期逐步切除部分负电荷平衡装置1。
27.同时在下游用电设备正常运行时，当数据采集及微机监控管理plc系统检测到下游有大容量冲击性用电负荷突减时，负电荷平衡装置1将浮式电站发电机组6还不能同步切除的部分电能进行消耗，使得浮式电站发电机组6逐步降低出力，其中浮式电站发电机组6是指装设在船上的柴油发电机组
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即发电站，高低压配电系统是给负电荷平衡装置提供电源，会和船上的柴油发电机组即发电站的配电板连接（提供电源）。
28.上述过程中，蓄能交换装置3中的换热介质吸收储能装置2内储能介质的部分热量实现换热，同时当储能介质的容量不超过容量额定值时，流经蓄能交换装置3的换热介质重新回归储能装置2，当储能介质的容量超过容量额定值时，流经蓄能交换装置3的换热介质舷外排出。
29.另外，通过温度检测模块7对储能装置2内储能介质的热量进行检测，当储能介质的热量超过热量额定值时，冷却系统4引入外部冷却介质吸收储能介质的热量，通过液位检测模块8对储能装置2内储能介质的体积量进行检测，当储能介质的体积量小于体积额定值时，补充系统5引入外部补充介质补充储能介质。
30.根据本发明的第二方面，提供一种适用于海上浮动式电站的多功能电力稳定装置，包括负电荷平衡装置1、储能装置2、蓄能交换装置3、温度检测模块7、冷却系统4、液位检测模块8和补充系统5，负电荷平衡装置1的两端分别与储能装置2以及用电设备连接，储能装置2和蓄能交换装置3连接形成闭环环路，负电荷平衡装置1将用电设备的用电负荷转化为储能装置2内储能介质的热量，温度检测模块7和液位检测模块8的检测端均安装在储能装置2内。
31.优选的，负电荷平衡装置1与高低压配电系统和数据采集及微机监控管理plc系统电连接，高低压配电系统是该装置将电能转换为热能的动力来源，数据采集及微机监控管理plc系统根据采集的浮式电站发电机组6数据及下游负荷突加突减情况实现电站机组的自动投切和平衡过渡，防止机组解列，即采集浮式电站发电机组6电流、电压、功率、频率等参数，采集用户侧如冶矿厂等有冲击性负荷的电度电量信号，采集多功能电力稳定装置中蓄能池的液位信号、温度信号；采集多功能电力稳定装置电气高低压配电系统母线段的pt、ct信号，当用户侧有大容量的负荷在瞬时切除时，数据采集及微机监控管理plc系统将检测到突变的电度电量信号，由于浮式电站发电机组6不能在短时降负荷，就必须投入一备用负荷来消化这部分电量，数据采集及微机监控管理plc系统将给多功能电力稳定装置发出投入运行的指令，自动联锁为负电荷平衡装置1提供电源的高低压供电系统中的开关将负电荷平衡装置1投入运行，从而将多余的电能进行消耗，起到稳定电力的效果。
32.因此，当有冲击性负荷变化时，通过数据采集及微机监控管理plc系统pid调节控制同步投入或切除与之电量匹配的多功能电力稳定装置，从而实现浮式电站某时刻的频率和电压波动范围在允许值内，保证机组的正常运行及平稳过渡，避免大面积停电。
33.一般将多功能电力稳定装置布置在驳船底仓，补水及循环水水源来自于海水，在本申请工作时，其所产生的热量可直接通过热交换系统进行换热，并通过补充系统5及时自动补水。
34.具体的，储能装置2可选用蓄能池，储能介质可直接选用海水置于蓄能池内，蓄能交换装置3可选用混合器，蓄能交换装置3上设有冷水进水管道9和热水出水管道10，冷水进水管道9输入冷水，与热交换器内的储能介质进行混合，后经热水出水管道10指定温度的水，同时蓄能交换装置3也可选用一热交换器，冷水进水管道9输入使用水，与热交换器内盛放储能介质的换热管道进行接触，通过储能介质对使用水进行加热，后经热水出水管道10将加热后的使用水进行输出，同时蓄能池出水端和蓄能交换装置3进水端通过第一管路连通，蓄能循环泵安装在第一管路上，蓄能循环泵将蓄能池中的热水输送到蓄能交换装置3，通过蓄能交换装置3实现与船上冷水进行热交换，换热后的热水可供船员生活或生产用，位于蓄能池中的电热元件和壳体均采用能够耐海水、碱液腐蚀的不锈钢材料制成。
35.另外，蓄能交换装置3与储能装置2之间通过三通阀11连通，蓄能池进水端和蓄能交换装置3出水端通过第二管路连通，三通阀11安装在第二管路上，三通阀11的两个输出口分别与第二管路和舷外排放管连通，三通阀11可将蓄能交换装置3处的水体往船舷外排放，也可通过三通阀11使水体回流到蓄能池中。
36.具体的，冷却系统4包括冷却管网12和海水泵13，冷却管网12位于储能装置2内部，冷却管网12的进水端和出水端均位于储能装置2外侧，海水泵13安装在冷却管网12靠近进水端的一侧上，海水泵13和蓄能池之间的冷却管网12上设有第一远控阀14，冷却水通过冷却管网12将蓄能池内部的液体进行热交换达到降温目的，同时由于冷却液体不与蓄能池内部的液体直接接触，使得系统的结构简单，制造成本低，性能可靠，在通过温度检测模块7实现温度的跟踪和pid控制，当热量过多时实现自动对循环冷却用水进行补给。
37.具体的，补充系统5包括补水管16和第二远控阀15，补水管16两端分别与蓄能池进水端和冷却管网12连通，第二远控阀15安装在补水管16上，当蓄能池中水位低于设定值时，可通过液位检测模块8联动海水泵13抽入海水，并控制第二远控阀15开启进行自动补水。
38.另外，通过第一远控阀14与第二远控阀15相辅助，在仅进行补水操作时打开第二远控阀15，关闭第一远控阀14，在仅进行冷却操作时打开第一远控阀14，关闭第二远控阀15，进而更好的完成对蓄能池进行冷却和补水的转换。
39.负电荷平衡装置1作为一种耗能装置，可将浮式电站发电机组6发出的电能进行吸收而实现对系统的加载，从而大量消耗电能，因此本申请适用于偏远海岛或是海工平台上存在波动大的负荷、突加突减负荷的电力稳定，同时本申请可作为船舶电站的负荷试验装置，即当船舶电站新造或经过大修、中修的浮式电站发电机组6在总装落成均要进行负载试验，而本申请可消耗较大功率的电能，因而此时可用于模拟浮式电站发电机组6的负载试验。
40.本发明的多功能电力稳定装置使用过程如下：将储能装置2安装在船底或船舱内部，若干多功能负电荷平衡装置1均匀设置在储能装置2内，使其使用效果更好，使用时通过数据采集及微机监控管理plc系统对负荷情况进行实时监测；当下游有大容量冲击性用电负荷需要投入前，先通过控制高低压配电系统的供电开关逐步开启相应数量的负电荷平衡装置1，待到负电荷平衡装置1消化的电能和即
将启动的大容量冲击性用电负荷相等时，启动下游用电设备的大容量冲击性用电负荷，并同期逐步切除部分负电荷平衡装置1，当大容量冲击性用电负荷完全启动时，负电荷平衡装置1也已全部切除。在正常运行时，当数据采集及微机监控管理plc系统检测到下游有大容量冲击性用电负荷突减时，由于浮式电站孤网运行，浮式电站发电机组6还不能同步切除此部分发电量，此时将投入负电荷平衡装置1将多余的电能进行消耗，使得浮式电站发电机组6逐步降低出力，保证电站频率和电压波动区间在允许值范围。而负电荷平衡装置1转换的热量通过热交换系统进行换热，即通过储能装置2内的海水对多功能负电荷平衡装置1输出的热量进行吸收，同时蓄能循环泵可将储能装置2中的热水输送到蓄能交换装置3，并与通过冷水进水管道9输入的船上冷水进行热交换，换热后的热水可通过热水出水管道10输出供船员生活/生产用，蓄能交换装置3中的热水也可通过三通阀11往船舷外排放或回流到储能装置2中，同时可通过温度检测模块7实现温度的跟踪和pid控制，当储能装置2中水体的温度过高时，通过海水泵13抽入海水，此时关闭第二远控阀15开启第一远控阀14，使海水经第一远控阀14输入到储能装置2中的冷却管网12内，输入的海水对储能装置2中的液体进行降温并不与其直接接触，冷却管网12内换热后的海水直接排放到舱外，使得冷却管网12内的水体一直保持低温，保证降温效果，当液位检测模块检测到储能装置2中水位低于设定值时，联动海水泵13抽入海水，此时关闭第一远控阀14开启第二远控阀15，使海水经补水管16和第二远控阀15输入到储能装置2内完成自动补水。
41.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。