火力发电厂及其保安电源系统的制作方法

本实用新型属于火电厂技术领域，具体提供了一种火力发电厂及其保安电源系统。

背景技术：

在火力发电厂的厂用电因事故或者其他原因发生断电时，事故保安电源能够向事故保安负荷供电，保证发电机组和主要辅机的安全停机。事故保安电源分直流事故保安电源和交流事故保安电源两种，直流事故保安电源采用蓄电池向直流润滑油泵等直流事故保安负荷供电，交流事故保安电源选用能快速自启动的柴油发电机以便向盘车装置、顶轴油泵及其它交流事故保安负荷供电。随着发电机组容量加大及自动化水平的不断提高，有些负荷对电源可靠性的要求也越来越高，如发电机组的计算机控制系统就要求电源的停电时间不超过5ms，否则将造成数据遗失或失控。这类交流保安负荷称为交流不停电负荷。由于柴油发电机在自启动过程中需要耗时5～15s，因此将不能在厂用电断电的情况下保证交流不停电负荷的安全运行。

为了解决柴油发电机不能在厂用电断电的情况下保证交流不停电负荷的安全运行的问题，保证发电机组安全、可靠运行，发电机组除了设置柴油发电机作为独立的交流事故保安电源外，每台发电机组还设置了一套完全独立的交流不停电电源装置(Uninterruptible Power Supply简称UPS)，从而在厂用电断电的情况下向发电机组分散控制系统(DCS)、快切盘柜、汽轮机监视仪表、发变组保护盘柜、火灾探测报警及控制系统集中报警控制盘、电气测量变送器、其它自动调节、监视和保护设备、网络计算机监控系统(NCS)站控层设备、全厂GPS时钟对时、火灾探测报警及控制系统区域报警控制盘、电气测量变送器、远动计量屏、其它控制、监视和保护设备等交流不停电负荷提供电力保障。但是交流不停电电源装置(UPS)中的电池长期处于浮充状态，基本上一年都不释放一次电，而电池的寿命通常为5～6年左右，每5年左右就要更换交流不停电电源装置(UPS)中的电源电池，从而造成了能源和资源浪费。此外，在实际应用中，柴油发电机长期处于静止状态，日常管理、维护、保养不到位，造成柴油发电机作为交流事故保安电源在厂用电断电时起动成功率低，不能可靠启动保证发电机组和主要辅机的安全停机。

相应地，本领域需要一种新的保安电源系统来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决柴油发电机组启动成功率低以及交流不停电电源装置浪费能源和资源的问题，本实用新型提供了一种火力发电厂的保安电源系统，所述保安电源系统包括储能电池单元、功率转换单元和控制单元，所述控制单元用于在所述火力发电厂的厂用电故障的情况下控制所述储能电池单元向事故保安负荷提供电能以及在所述厂用电非故障的情况下控制所述储能电池单元选择性地向电网提供电能，所述事故保安负荷包括直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷，所述功率转换单元包括第一DC/AC模块、第二DC/AC模块和DC/DC模块，其中，所述第一DC/AC模块用于将所述储能电池单元提供的直流电转换为与所述交流事故保安负荷对应的第一交流电，所述DC/DC模块用于将所述储能电池单元提供的直流电转换为与所述直流事故保安负荷对应的目标直流电，所述第二DC/AC模块用于将所述储能电池单元提供的直流电转换为与电网对应的第二交流电。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述控制单元用于在所述厂用电非故障的情况下且电网的频率小于设定值时控制所述储能电池单元向电网供电。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述控制单元用于在所述储能电池单元向电网供电的过程中使所述储能电池单元的放电深度控制为50％～60％。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述功率转换单元包括AC/DC模块，所述AC/DC模块用于将来自电网的交流电转换为能够向所述储能电池单元充电的直流电，所述控制单元用于在所述厂用电非故障的情况下选择性地使电网向所述储能电池单元充电。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述控制单元在所述厂用电非故障的情况下且满足以下条件中的一个或者两个的情形下控制电网向所述储能电池单元充电：

条件1：所述储能电池单元的容量低于设定水平；

条件2：当前时间为预先设定的用电低谷时间。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述储能电池单元包括多个储能电池单体，所述储能电池单元配置有电池管理单元，所述电池管理单元用于对所述储能电池单元的安全运行进行管理。

在上述保安电源系统的优选技术方案中，所述储能电池单元包括两个储能电池子单元，所述储能电池子单元之间互为备用电源以便在所述厂用电故障且其中一个储能电池子单元无法向所述事故保安负荷提供电能的情况下控制另一个储能电池子单元向所述事故保安负荷提供电能。

此外，本实用新型还提供了一种火力发电厂，所述火力发电厂包括上述保安电源系统的优选技术方案中任一项所述的火力发电厂的保安电源系统。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，保安电源系统包括储能电池单元、功率转换单元和控制单元，控制单元用于在火力发电厂的厂用电故障的情况下控制储能电池单元向事故保安负荷提供电能以及在厂用电非故障的情况下控制储能电池单元选择性地向电网提供电能，事故保安负荷包括直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷，功率转换单元包括第一DC/AC模块、第二DC/AC模块和DC/DC模块，其中，第一DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与交流事故保安负荷对应的第一交流电，DC/DC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与直流事故保安负荷对应的目标直流电，第二DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与电网对应的第二交流电。

也就是说，在火力发电厂的厂用电发生故障时，储能电池单元向直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷供电，在火力发电厂的厂用电没有发生故障时，储能电池单元向电网供电。通过这样的设置，在厂用电发生故障时，储能电池单元能够在5ms内实现向直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷供电，从而保证发电机组和主要辅机的安全停机，并且在厂用电未发生故障时，储能电池单元向电网供电，实现对储能电池单元中电能的利用，避免浪费资源和能量，从而解决了柴油发电机组启动成功率低以及交流不停电电源装置浪费能源和资源的问题。

在本实用新型的优选技术方案中，在厂用电非故障的情况下且电网的频率小于设定值时，控制单元控制储能电池单元向电网供电。这样，当电网的用电负荷大于火力发电厂的发电量造成电网的频率小于设定值时，控制单元控制储能电池单元向电网供电以便参与电网的AGC调频和快速调峰。

附图说明

下面参照附图并结合燃煤发电厂来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型的保安电源系统的原理图。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，本节实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非用于限制本实用新型的保护范围。虽然本实用新型使结合燃煤发电厂来进行说明的，但是本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如本实用新型的火力发电厂也可以是燃油发电厂、燃气发电厂等。显然，调整后的技术方案仍将落入本实用新型的保护范围。

燃煤发电厂(此后简称发电厂)主要包括燃煤锅炉、汽轮机、发电机组、变压器、保安电源系统以及控制系统等，在控制系统的控制下，煤粉输送至燃煤锅炉中燃烧后产生大量的热能使水变成高温水蒸气，高温水蒸气被输送至汽轮机组带动汽轮机转动，汽轮机带动发电机组发电并经变压器升压后输送至电网。在发电厂的厂用电故障的情况下如厂用电断电，保安电源系统能够及时向事故保安负荷供电以便发电机组和主要辅机安全停机。

参照图1，图1是本实用新型的保安电源系统的原理图。保安电源系统包括储能电池单元、功率转换单元和控制单元。在发电厂的厂用电故障的情况下控制单元能够控制储能电池单元向事故保安负荷提供电能；在厂用电非故障的情况下选择性地向电网提供电能，事故保安负荷包括直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷，功率转换单元包括第一DC/AC模块、第二DC/AC模块和DC/DC模块，第一DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与交流事故保安负荷对应的第一交流电，DC/DC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与直流事故保安负荷对应的目标直流电，第二DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与电网对应的第二交流电。储能电池单元与第一DC/AC模块、DC/DC模块、第二DC/AC模块之间分别设置有通过自动切换开关K31、K41、K51，在第一DC/AC模块和交流事故保安负荷之间设置有自动切换开关K32，在DC/DC模块和直流事故保安负荷之间设置有自动切换开关K42，在第二DC/AC模块和电网之间设置有自动切换开关K52。

示例性地，在发电厂正常运行过程中，当储能电池单元中储存的电量较多时，控制单元控制自动切换开关K51和K52闭合，从而使储能电池单元的110V直流电经过第二DC/AC模块转换成与电网对应的第二交流电如220kV交流电以便向电网供电，从而适当地减少了发电厂向电网提供的电能，能够避免储能电池单元长期放置过程中自身损耗导致电能的浪费，同时提高了储能电池单元的利用率。当发电厂的厂用电突然发生故障如发生断电，控制单元控制自动切换开关K51和K52断开，同时控制自动切换开关K31、K32、K41、K42闭合，储能电池单元的110V直流电经过第一DC/AC模块转换成与交流事故保安负荷对应的第一交流电如220V交流电以向交流事故保安负荷提供第一交流电，储能电池单元的直流电经过DC/DC模块转换成与直流事故保安负荷对应的目标直流电如220V的直流电以便向直流事故保安负荷供电。在厂用电断电后控制单元控制电池储能单元在5ms内向交流事故保安负荷和直流事故保安负荷供电，从而避免事故保安负荷断电而影响发电机组和主要辅机的安全停机。

本领域技术人员可以理解的是，“储能电池单元的110V直流电”、“第二交流电为220kV交流电”、“第一交流电为220V交流电”、“目标直流电为220V的直流电”等仅仅是示例性的描述，并非用于限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如储能电池单元的直流电的电压可以是48V、220V等，第二交流电的电压可以为110kV、60kV等，第一交流电的电压可以为110V、380V等，目标直流电的电压为110V、48V等。厂用电突然发生故障也可以是厂用电的电压不稳定而影响机组和辅机的安全停机。

继续参照图1，优选地，储能电池单元包括两个储能电池子单元，分别为第一储能电池子单元和第二储能电池子单元，第一储能电池子单元和第二储能电池子单元与储能电池单元的输出母线之间分别设置有自动切换开关K1和K2。第一储能电池子单元和第二储能电池子单元之间互为备用电源以便在厂用电故障且其中一个储能电池子单元无法向事故保安负荷提供电能的情况下控制另一个储能电池子单元向事故保安负荷提供电能。具体而言，控制单元可以通过控制自动切换开关K1和K2中的一个闭合另一个断开使第一储能电池子单元和第二储能电池子单元的任一个向事故保安负荷提供电能，即当第一储能电池子单元或者第二储能电池子单元发生故障时，可以控制K1断开K2闭合或者控制K1闭合K2断开使第二储能电池子单元或者第一储能电池子单元向事故保安负荷提供电能。

通过这样的设置，能够避免只有一个储能电池子单元的储能电池单元发生故障而不能在厂用电故障时向事故保安负荷提供电能，从而提高了保安电源系统的可靠性。

优选地，在厂用电非故障的情况下，当电网的频率小于设定值时，控制单元控制储能电池单元向电网供电。示例性地，电网的额定频率为50Hz，当电网的用电负荷大于发电厂向电网提供的电量导致电网的频率小于设定值47.5Hz时，控制单元控制自动切换开关K51和K52闭合，使储能电池单元的直流电经过第二DC/AC模块转换成与电网对应的第二交流电以便向电网供电。

通过这样的设置，能够在厂用电非故障的情况下，当电网的频率小于设定值时控制单元控制储能电池单元向电网供电，使储能电池单元参与电网的AGC调频和快速调峰，提高了发电厂参与AGC调频的相应速度20倍以上，具有在0.5s内完成精确调节10MW的调频任务和削峰的能力。

本领域技术人员可以理解的是，在厂用电非故障的情况下，也可以控制储能电池单元在用电高峰时段向电网供电，以便在一定程度上起到“削峰”作用。

优选地，在储能电池单元向电网供电的过程中，控制单元使储能电池单元的放电深度控制为50％～60％。由于蓄电蓄电池的充放电循环寿命与放电深度成负相关，因此在储能电池单元向电网供电的过程中，控制储能电池单元的放电深度为50％～60％，既能够保证储能电池单元的使用寿命达到8～10年，满足使用要求，同时能够保证储能电池单元内的电量不少于其额定容量的40％，从而在发电厂的厂用电故障储能电池单元向事故保安负荷供电时保证其供电时长，使发电机组和主要辅机顺利安全停机。也就是说，在储能电池单元在参与电网的AGC调频和快速调峰的过程中剩余电量降到储能电池单元的额定容量的40％时，控制单元控制储能电池单元停止放电。当厂用电发生故障时，控制单元控制储能电池单元向直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷进行深度供电，确保储能电池单元向直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷供电，直至发电机组和主要辅机顺利安全停机。

继续参照图1，优选地，功率转化单元包括AC/DC模块，储能电池单元与AC/DC模块之间设置有自动切换开关K61，AC/DC模块与电网之间设置有自动切换开关K62。AC/DC模块用于将来自电网的交流电转换为能够向储能电池单元充电的直流电，控制单元用于在厂用电非故障的情况下选择性地使电网向储能电池单元充电。具体而言，控制单元控制自动切换开关K61和K62闭合，使电网的交流电经AC/DC模块转换成能够向储能电池单元充电的直流电之后向储能电池单元充电。优选地，在厂用电非故障的情况下且满足以下条件中的一个或者两个的情形下控制单元控制电网向储能电池单元充电：

条件1：储能电池单元的容量低于设定水平；

条件2：当前时间为预先设定的用电低谷时间。

具体而言，当储能电池单元的容量低于设定水平时，如储能电池单元的容量小于其额定容量的40％时控制单元控制自动切换开关K61和K62闭合使电网的交流电经AC/DC模块转换成能够向储能电池单元充电的直流电之后向储能电池单元充电，从而避免储能电池单元中的电量过少而在厂用电故障时影响储能电池单元的供电能力。在当前时间为预先设定的用电低谷时间如夜间用电时段，发电厂的发电量会高于电网的用电负荷，此时控制电网向储能电池单元充电，能够减小发电厂发电量的调节量，从而在一定程度上实现了“填谷”的作用。本领域技术人员可以理解的是，也可以在条件1和条件2均满足的情况下，控制电网向储能电池单元充电。

优选地，储能电池单元包括多个储能电池单体，储能电池单元配置有电池管理单元，电池管理单元用于对储能电池单元的安全运行进行管理。在储能电池单体充电或者放电的过程中，电池管理单元监测每个储能电池单体的电压值、电流值以及温度值等。当储能电池单体的电压值、电流值以及温度值中任一个或者多个异常时，电池管理单元发出异常警告并控制储能电池单元停止充电或者放电，对储能电池单体起到保护作用。

通过以上描述可以看出，在本实用新型的优选技术方案中，保安电源系统包括储能电池单元、功率转换单元和控制单元，控制单元用于在火力发电厂的厂用电故障的情况下控制储能电池单元向事故保安负荷提供电能以及在厂用电非故障的情况下控制储能电池单元选择性地向电网提供电能，事故保安负荷包括直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷，功率转换单元包括第一DC/AC模块、第二DC/AC模块、DC/DC模块以及AC/DC模块。第一DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与交流事故保安负荷对应的第一交流电，DC/DC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与直流事故保安负荷对应的目标直流电，第二DC/AC模块用于将储能电池单元提供的直流电转换为与电网对应的第二交流电，AC/DC模块用于将来自电网的交流电转换为能够向所述储能电池单元充电的直流电，控制单元用于在厂用电非故障的情况下选择性地使电网向储能电池单元充电。通过这样的设置，能够在发电厂的厂用电发生故障时，储能电池单元向直流事故保安负荷和/或交流事故保安负荷供电，在火力发电厂的厂用电没有发生故障时，储能电池单元向电网供电或者电网向储能电池单元充电，从而提高了储能电池单元的利用率，避免了能量和资源的浪费，并且在厂用电发生故障时能够及时向事故保安负荷供电，保证发电机组和主要辅机安全停机。

以上实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。